射频微波电路导论 课件(西电版)第8章.ppt

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1、第八章放大器设计放大器分类按用途和特点可以分为：低噪声放大器高增益放大器中功率放大器大功率放大器放大器按工作点分为：A类、B类、AB类、C类通常用于小信号、低噪声放大器，接收机前端的低噪声放大器或者功率放大器的前级放大器一般都为A类放大器B类和C类放大器电源效率较高，输出信号谐波成分高，需要外部混合电路或者滤波电路放大器指标1频率范围2增益是放大器的基本指标，用来衡量放大器放大量的大小，按照增益的大小可以确定放大器的级数和器件类型动态范围描述放大器线性工作的范围。其最小的输入功率为接收机灵敏度，最大的输入功率是引起1dB压缩的功率放大器动态范围4噪声系数定义为放大器输入信号的信噪比和

2、输出信号的信噪比的比值。用来衡量信号经放大器放大后信号的质量（信噪比）恶化的程度。从系统噪声系数公式可以看出，越靠近前端的元件对整个系统的噪声系数的影响越大，所以在接收前端必须进行低噪声设计二端口功率增益带有常规源和负载阻抗的二端口网络三种功率增益根据二端口网络的S参数依据源和负载的反射系数和可推导出三种功率增益的表达式功率增益G＝PL/Pin耗散在负载ZL的功率和传送到二端口网络输入端功率之比，该增益与源阻抗Zs无关可用增益GA＝Pavn/Pavs来自二端口网络的可用功率与来自源的可用功率之比，与源和负载均共轭匹配时的得到的增益为可用增益，与Zs有关，而与ZL无关变换功率增益GT＝

3、PL/Pavs传送到负载的功率与来自源的可用功率之比，与Zs和ZL都有关三种功率增益的计算表达式定义源反射系数为定义负载反射系数为二端口网络的输入阻抗是失配的，用反射系数给出利用，从S参数的定义可得两式消去解出同样，可得输出反射系数在端口1利用分压定理可得解出传送到网络的平均功率对于负载端的功率功率增益利用前述S参数的计算表达式解出功率增益可表示为功率增益G只与晶体管S参数和负载阻抗有关，而与输入端口的匹配程度无关，便于研究负载变化对放大器功率增益的影响资用功率增益当端接网络的输入阻抗与源阻抗共轭匹配时，可传送到网络最大功率来自源的可用功率Pavs可用传送到负载的最大功率Pavn通过

4、简化资用功率增益是资用功率增益GA只与晶体管S参数和信号源阻抗有关，而与输出端口的匹配程度无关，便于研究信号源阻抗变化对放大器功率增益的影响物理意义：插入放大器后负载可能得到的最大功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍，是放大器可能得到的最大功率增益的一种潜力变换功率增益变换功率增益与晶体管的S参数和负载阻抗，信号源阻抗都有关系，即与两个端口的匹配程度都有关系物理意义：插入放大器后负载实际得到的功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍二端口功率增益的进一步讨论单级微波晶体管放大器可用上图所示电路模拟，其中匹配网络在晶体管两侧，把输入和输出阻抗Z0转换为源阻抗Zs和负载阻抗ZL对

5、于放大器的设计，最有用的增益定义是变换功率增益，考虑了源和负载均失配的情况。变换功率增益表达式可用重新改写为功率增益表达式可以写为Gs、G0、GL三部分，总的变换功率增益可以写为GT＝GsG0GL，其中G0是晶体管自身的增益，Gs是有关输入网络的有效增益，GL是有关输出网络的有效增益若晶体管是单向的，则S12＝0或者小到可以忽略，则输入反射系数和输出反射系数可以简化为则那么单向晶体管增益可以表示为放大器稳定性分析放大器输入端或者输出端口阻抗中有负实部，则该电路有可能发生振荡，意味着或者因为和与源和负载匹配网络有关，因而放大器的稳定性依赖于通过匹配网络提供的和两类稳定性：无条件稳定：对

6、于所有的无源源和负载阻抗，都有和，则这个网络无条件稳定条件稳定：若只对某些确定范围内的无源信号源和负载阻抗满足和，则称为潜在不稳定稳定性条件为：若器件为单向器件(S12=0),则稳定性条件简化为

7、S11

8、<1，

9、S22

10、<1稳定性条件不等式限定了和的取值范围，用Smith圆图可以方便的求出和取值范围并可以画出稳定性圆（Stabilitycircles）稳定性圆稳定性圆定义为（或）在（或）平面上的轨迹。该稳定圆被确定稳定区域和潜在不稳定区域的和之间的边界。对于无源匹配网络有和，位于Smith圆图上利用和可以把边界在Smith圆图上表示为圆的形式，可以求得输出和输入稳定圆的圆心和半径(圆

11、心)(半径)(圆心)(半径)输出稳定圆输入稳定圆

12、S11

13、<1

14、S11

15、>1对于输出稳定圆，根据

16、S11

17、与1的关系来确定稳定区域位于稳定圆内或者稳定圆外。对于输入稳定圆根据

18、S22

19、与1的关系来确定稳定区域对于无条件稳定，稳定性圆必须全部在Smith圆外或者完全包围Smith圆图若

20、S11

21、>1或者

22、S22

23、>1,放大器不能是无条件稳定的，因为总能具有Z0的源或负载阻抗使得或引起或者若只是条件稳定，则和的工作点必须选择在稳定区域内，通常使用电阻性负载可使