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1、第9-10讲放大器设计8.1放大器的基本原理A类放大器用于小信号、低噪声,通常是接收机前端放大器或功率放大器的前级放大。B类和C类放大器电源效率高,输出信号谐波成分高,需要有外部混合电路或滤波电路。图8-1放大器电路组态28.1.1放大器的指标(1)频率范围:放大器的工作频率范围是选择器件和电路拓扑设计的前提。(2)增益:它是放大器的基本指标。按照增益可确定放大器的级数和器件类型。(3)噪声系数:在接收前端,必须做低噪声设计。(4)动态范围:放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵敏度,最大输入功率是引起1dB压缩
2、的功率。3（2）转换功率增益GT：在输入端共轭匹配条件下的增益，为负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比。单向化S12=0管子贡献输入匹配网络贡献输出匹配网络贡献7（3）资用功率增益GA：输入和输出端口都匹配条件下的功率增益，为二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比8例:射频放大器的功率关系已知射频放大器具有如下S参量：另外，与放大器输入端连接的电压源参数为：放大器的输出端驱动一个阻抗为ZL=73Ω的天线。假设测量S参量时采用的传输线特性阻抗为Z0=50Ω，求下列参数：（a）转换功率增益GT，单向化功率增益G
3、TU，资用功率增益GA，功率增益G（b）负载吸收的功率PL，资用功率PA以及放大器的入射功率Pinc9可见，单向化功率增益与实际转换功率增益通常是非常接近的。采用单向化功率增益可以大幅度简化放大器的设计工作102.稳定条件11输出端口稳定性判定圆同理可得输入端口稳定性判定圆12原点是稳定区的一部分原点是非稳定区的一部分根据稳定性判定圆判断稳定区和不稳定区13绝对稳定：在选定的工作频率和偏置条件下，放大器在整个Smith圆图内始终都处于稳定状态。即输出稳定性判定圆完全落在单位圆之外同理可知，输入端口的绝对稳定条件为：1
4、4稳定因子：平方整理根据输出端稳定条件也可推出相同的稳定因子；为保险起见，通常要求15绝对稳定条件也可通过在复平面Γout上讨论在Γout平面上画出
5、ΓS
6、=1的轨迹可得到一个圆，其圆心坐标和半径分别为：
7、ΓS
8、=1的区域必须落在
9、Γout
10、=1的圆内同理在复平面Γin上讨论ΓL16例:双极结晶体管的稳定性判定圆与其工作频率的关系求双极结晶体管的稳定区,工作条件为VCE=6V，IC=4mA。S参量与工作频率的对应关系如下表所示：工作频率S11S12S21S22500MHz750MHz1000MHz1250MHz0.4
11、10.6938.623.030.600.5661.603.440.810.45205.423.541.020.3741.403.221250MHz750MHz输入稳定圆输出稳定圆
12、S11
13、<1,
14、S22
15、<1,原点ΓL=0和ΓS=0都是稳定点，即Smith圆图内和稳定性判定圆外的公共区域是稳定区。f=1.25GHz时，稳定性判定圆均落在
16、Γ
17、=1的圆外，因而处于绝对稳定状态。稳定区17例:晶体管的稳定区和非稳定区S11S12S21S221.151.580.540.54输入稳定圆输出稳定圆稳定区尽管k>1，但，该晶体管
18、仍然有潜在的不稳定性；从Smith圆图上看，输入、输出稳定性判定圆都落在圆图内；
19、S11
20、<1,
21、S22
22、<1,原点ΓL=0和ΓS=0都是稳定点；
23、Cin
24、25、Cout
26、1，18放大器的稳定措施方法之一就是在其不稳定的端口增加一个串联或并联的电阻。信号源有源器件信号源有源器件负载有源器件负载有源器件应尽量避免在输入端口增加电阻元件，因为电阻产生的附加噪声将会被放大。19实际放大器设计中有两种情况
27、：(1)晶体管为单向器件：S12=0,绝对稳定,
28、S11
29、<1,
30、S22
31、<1。对输入和输出匹配电路的设计没有限定条件,依据噪声和增益指标进行设计。(2)晶体管为双向器件,也就是S12≠0时,又分两种情况：①满足稳定判据,是绝对稳定。对输入和输出匹配电路的设计没有限定条件,依据噪声和增益指标进行设计。②不满足稳定判据,是条件稳定。要用圆图找出Γs和ΓL的取值范围,也就是采用稳定圆判别法。208.1.3放大器的设计思路1.单向化设计S12＝0或S12≈0Γs=Γ*in，ΓL=Γ*outΓin=S11，Γout=S22当
32、输入、输出端口匹配时，GTU有最大值，同时误差也最大。单向化因子:实际设计中可以把
33、S12
34、比较小的情况按S12=0计算,最后再估计带来的增益误差。21尽管明确了输入、输出匹配网络的增益表达式，但并不能直接用于确定恒定增益的条件。关键的问题是对于给定的S11或S22和要求的归一化增益gS或gL，Γs或ΓL，在什么范围内取值才可以得到预定的增益？
