放大器的输出限制设计

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这篇博文是非射频（RF）与射频放大器规格对比系列博文的第三篇。我在之前的两篇博文中讨论了噪声和双音失真。今天，我们将讨论一个同样重要的话题-放大器的输出限制。对于任何应用中的放大器，输出电压的摆动范围以及可供给负载的电流量都有一个限制。这些限制基本上由装置电源电压、输出级架构和工艺技术限制设置。大多数线性放大器包括一个阐述支持的最大和最小输出电压和最大电流的规范。

对于诸如低噪声放大器（LNA）、射频功率放大器（PA）和射频增益模块等射频导向型放大器而言，输出摆幅限制通常以1dB增益压缩点表示。随着线性和射频放大器的速度在诸如LMH6401增益放大器的现代高速放大器中彼此接近，了解这两种规范之间的关联，以及他们反映装置性能的方式很重要。

我们首先看一下最大规格方面的绝对输出电压和电流，因为它们最为简单。随着放大器的绝对值输出电压增加，它最终将达到由放大器的架构设置的物理极限。这种物理限制被称为最大或最小输出电压。

常用的输出电压测定方式通常有两种。最简单的方法是在输入一个信号时记录输出电压，这将导致输出远远超过预期的输出限制。从中您可以了解输出的极限值，但不会告诉您有关放大器将如何与达到这些电压的信号一起完成工作的任何信息。

图1所示为LMH6401的最大输出值。当输出达到最大值时，会明显“变平”。然而，最大“线性”输出电压是一种更有效的性能保证方法。这是一个输出电压值，其中放大器可始终保持其线性性能和功能正常。

图1：LMH6401输出过载

输出电流规格类似于输出电压，通常包括一个放大器提供给有效无负载的“短路电流”，以及一个线性输出电流，这在概念上与线性输出电压相同，但在电流输出能力方面做出规定。

不幸的是，线性输出电压和电流的规格在整个行业并未标准化。您测试的线性输出电压或电流可能具有不同的精度级别，而且许多不同的方法超出了此博文的范围。若想了解特定的设备，请参阅您的放大器数据表中输出电压和电流的测试条件章节。

第二种规格，输出1dB压缩点，实际上非常类似于最大线性输出电压和电流的概念。它也被称为P1dB，在该点上，放大器从理想状态下增益压缩到1分贝的输出功率级。图1介绍了该概念，其中，实线表示测得的信号，虚线表示理想的信号。有时，一些测量将P1dB点与输入而非输出对照，这应在计算中予以考虑。

图2：输出P1dB示例

由于P1dB的规格标记了1dB增益损失点，与绝对最大电压或电流相反，它为最大线性输出点提供了一个良好的参考。这篇博文前面讨论了，线性测量提供了更多保证系统性能的信息。P1dB规格还具有捕获最大输出功率而非仅电压或电流的优点。换言之，您正在查看的是驱动一定负荷的最大电压，这意味着P1dB测量会同时考虑电流和电压的影响。

对比最大输出电压/电流和P1dB的规格，您可以看出，虽然输出规格更容易理解，但它们并不会产生一个类似于P1dB点的组合限制。输出规格告诉您输出起作用的电压和电流值，但却并不能像P1dB点一样，解释两种限制之间的相互作用。但是，您仍然可以一起使用这两种规格，粗略估计放大器的组合输出限制。

对于只有一种P1dB规格的放大器，在测量期间，您可以通过所测负载提取电压和电流值，但并不会指出限制设备性能的具体因素。您需要在多个负载值进行P1dB测量，以充分了解放大器的输出电压和电流限制。

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