第7章 放大器的稳定性、增益和噪声

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1、第7章放大器的稳定性、增益和噪声在放大器的设计中，需要考虑的因素很多，其中最重要的就是稳定性、增益和噪声。本章将对上述问题的特性作系统讨论，以便下一章集中讨论各类放大器的设计。放大器的稳定性7.1放大器的增益7.2输入、输出电压驻波比7.3放大器的噪声7.47.1放大器的稳定性设计射频放大器时，必须考虑电路的稳定性，这一点与低频电路的设计方法完全不同。由于反射波的存在，射频放大器在某些工作频率或终端条件下有产生振荡的倾向，不再发挥放大器的作用，因此必须分析射频放大器的稳定性。稳定性是指放大器抑制环境的变化（

2、如信号频率、温度、源和负载等变化时），维持正常工作特性的能力。7.1.1稳定准则放大器的二端口网络如图71所示，在它的输入端接有一个内阻为ZS的源VS，在它的输出端接有负载ZL。图7.1接有源和负载的放大器二端口网络图中传输线上有反射波传输，源的反射系数为ΓS;负载的反射系数为ΓL；二端口网络输入端的反射系数为Γin；二端口网络输出端的反射系数为Γou。如果反射系数的模大于1，传输线上反射波的振幅将比入射波的振幅大，这将导致放大器不稳定。因此，放大器稳定意味着反射系数的模小于1，即7.1.2稳定性判别的图

3、解法ΓL、ΓS和S参量对放大器的稳定性有影响，但由于S参量对于特定条件（频率、温度、外加信号的大小等）是固定值，所以对稳定性有影响的就只有ΓL和ΓS。下面在ΓL和ΓS的复平面上讨论稳定区域，用图解的方法给出结论。1.输出稳定判别圆ΓL复平面上输出稳定判别圆及史密斯圆图如图7.2所示，输出稳定判别圆将ΓL复平面划分为圆内和圆外两部分，从图中可见输出稳定判别圆决定了史密斯圆图内ΓL的稳定区域。下面讨论ΓL的稳定区域。（1）若(

4、S11

5、<1，则史密斯圆图中心点（ΓL=0点）在稳定区域内。分2种情况。①若输出稳定

6、判别圆包含史密斯圆图中心点（如图7.2（a）所示），ΓL的稳定区域在输出稳定判别圆内。ΓL的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆内的区域，是图7.2（a）中的阴影区。②若输出稳定判别圆不包含史密斯圆图中心点（如图7.2（b）所示），ΓL的稳定区域在输出稳定判别圆外。ΓL的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆外的区域，是图7.2（b）中的阴影区。（2）若(

7、S11)

8、>1，则史密斯圆图中心点（ΓL=0点）在稳定区域外。分2种情况。①若输出稳定判别圆包含史密斯圆图中心点（如图7.2（c）所示），ΓL

9、的稳定区域在输出稳定判别圆外。ΓL的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆外的区域，是图7.2（c）中的阴影区。②若输出稳定判别圆不包含史密斯圆图中心点（如图7.2（d）所示），ΓL的稳定区域在输出稳定判别圆内。ΓL的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆内的区域，是图7.2（d）中的阴影区。2.输入稳定判别圆（1）若

10、S22

11、<1，则史密斯圆图中心点在稳定区域内。分两种情况。①若输入稳定判别圆包含史密斯圆图中心点（如图7.3（a）所示），ΓS的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输入稳定判别圆内的区域，是

12、图7.3（a）中的阴影区。②若输入稳定判别圆不包含史密斯圆图中心点（如图7.3（b）所示），ΓS的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输入稳定判别圆外的区域，是图7.3（b）中的阴影区。（2）若(

13、S22

14、>1，则史密斯圆图中心点在稳定区域外。分两种情况。①若输入稳定判别圆包含史密斯圆图中心点（如图7.3（c）所示），ΓS的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输入稳定判别圆外的区域，是图7.3（c）中的阴影区。②若输入稳定判别圆不包含史密斯圆图中心点（如图7.3（d）所示），ΓS的稳定区域是史密斯圆图单位圆内输入稳定判别圆

15、内的区域，是图7.3（d）中的阴影区。3.绝对稳定绝对稳定是稳定的一个特例，是指在频率等特定的条件下，放大器在ΓL和ΓS的整个史密斯圆图内都处于稳定状态。也就是说，ΓL和ΓS选择任何

16、ΓL

17、<1和

18、ΓS

19、<1的值，放大器都绝对稳定。若

20、S11

21、<1且

22、S22

23、<1，则满足下列条件之一的放大器是绝对稳定的。（1）输出稳定判别圆包含ΓL的史密斯圆图，输入稳定判别圆包含ΓS的史密斯圆图，如图7.4（a）所示。（2）输出稳定判别圆完全位于ΓL的史密斯圆图外，输入稳定判别圆完全位于ΓS的史密斯圆图外，如图7.4（b）

24、所示。图7.4绝对稳定时稳定判别圆与史密斯圆图的相对位置7.1.3绝对稳定判别的解析法图7.5例7.1用图图7.6例7.2用图7.1.4放大器稳定措施当放大器不是绝对稳定，则有时信源和负载选择的ΓS和ΓL会造成

25、Γin

26、>1或

27、Γout

28、>1，使放大器处于非稳定状态，此时应当采取措施使放大器进入稳定状态。

29、Γin

30、>1和

31、Γout

32、>1用输入阻抗表达，为稳定放大器的措施就是在其不稳定的端口增加一个串联或并联电阻，