射頻放大器的增益和噪聲分析

1、對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大是放大器最重要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大是放大器最重要的任務(wù)，因此在放大器的設(shè)計(jì)中，增益的的任務(wù)，因此在放大器的設(shè)計(jì)中，增益的概念很重要。概念很重要。傳輸功率增益資用功率增益功率增益 圖圖7.11 單級(jí)放大器及信號(hào)流圖單級(jí)放大器及信號(hào)流圖bs參考第174頁(yè) 例題例題7.47.51. 轉(zhuǎn)換功率增益轉(zhuǎn)換功率增益2. 資用功率增益資用功率增益3. 功率增益功率增益 功率增益為功率增益為4. 單向化功率增益單向化功率增益7.2.2 最大功率增益最大功率增益由于晶體管的增益由于晶體管的增益G0是固定的，放大是固定的，放大器的總增益受輸入匹配網(wǎng)絡(luò)有效增益器的總增益受輸入匹配網(wǎng)絡(luò)有效增益GS和和輸

2、出匹配網(wǎng)絡(luò)有效增益輸出匹配網(wǎng)絡(luò)有效增益GL的控制。的控制。GS和和GL的值可能大于的值可能大于1。當(dāng)。當(dāng)GS和和GL的的值達(dá)到最大化時(shí)，放大器可以有最大增益。值達(dá)到最大化時(shí)，放大器可以有最大增益。當(dāng)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)能保證晶當(dāng)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)能保證晶體管的輸入和輸出端分別實(shí)現(xiàn)共軛匹配時(shí)，體管的輸入和輸出端分別實(shí)現(xiàn)共軛匹配時(shí)，放大器可以實(shí)現(xiàn)最大增益。放大器可以實(shí)現(xiàn)最大增益。在共軛匹配的狀態(tài)下，晶體管既能從在共軛匹配的狀態(tài)下，晶體管既能從源獲得最大輸入功率，又能輸出給負(fù)載最源獲得最大輸入功率，又能輸出給負(fù)載最大功率。大功率。基于共軛匹配的概念，當(dāng)基于共軛匹配的概念，當(dāng)7.2.3

3、晶體管單向情況晶體管單向情況當(dāng)當(dāng)S12=0時(shí)，晶體管是單向的。實(shí)際應(yīng)時(shí)，晶體管是單向的。實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)可以忽略晶體管自身反饋的影用中，有時(shí)可以忽略晶體管自身反饋的影響，視響，視S120。當(dāng)晶體管近似為單向時(shí)，可以帶來(lái)設(shè)當(dāng)晶體管近似為單向時(shí)，可以帶來(lái)設(shè)計(jì)上的諸多便利，此時(shí)計(jì)上的諸多便利，此時(shí)in和和out彼此獨(dú)立，這意味著輸入匹彼此獨(dú)立，這意味著輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，可以各自獨(dú)配網(wǎng)絡(luò)與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)，可以各自獨(dú)立設(shè)計(jì)。下面在晶體管單向的前提下，討立設(shè)計(jì)。下面在晶體管單向的前提下，討論放大器的增益，同時(shí)給出單向化設(shè)計(jì)帶論放大器的增益，同時(shí)給出單向化設(shè)計(jì)帶來(lái)的誤差。來(lái)的誤差。1. 最大

4、增益最大增益2. 固定增益設(shè)計(jì)和等增益圓固定增益設(shè)計(jì)和等增益圓3. 單向化設(shè)計(jì)誤差因子單向化設(shè)計(jì)誤差因子 圖圖7.12 例例7.6用圖用圖7.2.4 晶體管雙向情況晶體管雙向情況當(dāng)當(dāng)S120且采用單向化設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大且采用單向化設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大誤差時(shí)，就不能忽略晶體管反饋的影響，誤差時(shí)，就不能忽略晶體管反饋的影響，這時(shí)必須考慮晶體管的雙向情況。這時(shí)必須考慮晶體管的雙向情況。由于由于所以雙向晶體管的所以雙向晶體管的in和和out不再彼此不再彼此獨(dú)立，這使雙向晶體管比單向晶體管的情獨(dú)立，這使雙向晶體管比單向晶體管的情況復(fù)雜。下面在晶體管雙向的前提下，討況復(fù)雜。下面在晶體管雙向的前提下，討論放大器的增

5、益。論放大器的增益。 1. 最大增益最大增益 當(dāng)晶體管雙向時(shí)，同時(shí)滿足式（當(dāng)晶體管雙向時(shí)，同時(shí)滿足式（7.47）和（和（7.48）可以得到放大器的最大增益。）可以得到放大器的最大增益。式（式（7.47）和（）和（7.48）是輸入與輸出同時(shí)達(dá)）是輸入與輸出同時(shí)達(dá)到共軛匹配到共軛匹配 2. 固定增益、等功率增益和等資固定增益、等功率增益和等資用功率增益圓用功率增益圓 固定增益是指放大器的增益達(dá)到某一固定增益是指放大器的增益達(dá)到某一期望的值，這一期望的值小于放大器的最期望的值，這一期望的值小于放大器的最大增益。對(duì)于雙向晶體管來(lái)說(shuō)，固定增益大增益。對(duì)于雙向晶體管來(lái)說(shuō)，固定增益放大器的設(shè)計(jì)將變得比較復(fù)雜

6、。放大器的設(shè)計(jì)將變得比較復(fù)雜。 可以采用固定功率增益法設(shè)計(jì)放大器，可以采用固定功率增益法設(shè)計(jì)放大器，此時(shí)預(yù)期的放大器功率增益為此時(shí)預(yù)期的放大器功率增益為GP，這一期，這一期望的值小于望的值小于GPmax。也可以采用固定資用功。也可以采用固定資用功率增益法設(shè)計(jì)放大器，此時(shí)預(yù)期的放大器率增益法設(shè)計(jì)放大器，此時(shí)預(yù)期的放大器資用功率增益為資用功率增益為GA，這一期望的值小于，這一期望的值小于GAmax。（1） 固定功率增益法固定功率增益法（2）固定資用功率增益法）固定資用功率增益法在很多情況下，放大器的特性用輸入在很多情況下，放大器的特性用輸入和輸出電壓駐波比描述，而且電壓駐波比和輸出電壓駐波比描述，

7、而且電壓駐波比必須保持在特定指標(biāo)之下。信源與晶體管必須保持在特定指標(biāo)之下。信源與晶體管之間及晶體管與負(fù)載之間的失配程度對(duì)駐之間及晶體管與負(fù)載之間的失配程度對(duì)駐波比有影響，下面討論失配因子及電壓駐波比有影響，下面討論失配因子及電壓駐波比。波比。7.3.1 失配因子失配因子源失配因子定義為源失配因子定義為負(fù)載失配因子為負(fù)載失配因子為7.3.2 輸入、輸出駐波分析輸入、輸出駐波分析放大器如圖放大器如圖7.13所示，輸入、輸出電所示，輸入、輸出電壓駐波比為壓駐波比為 圖圖7.13放大器輸入及輸出端口的失配放大器輸入及輸出端口的失配設(shè)計(jì)有源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮噪聲問(wèn)題。設(shè)計(jì)有源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮噪聲問(wèn)題。對(duì)放

8、大器來(lái)說(shuō)，噪聲的存在對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有對(duì)放大器來(lái)說(shuō)，噪聲的存在對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有重要影響，在低噪聲的前提下對(duì)信號(hào)進(jìn)行重要影響，在低噪聲的前提下對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大是對(duì)放大器的基本要求。放大是對(duì)放大器的基本要求。前面討論過(guò)放大器的穩(wěn)定性和增益，前面討論過(guò)放大器的穩(wěn)定性和增益，但放大器的低噪聲與放大器的穩(wěn)定性和增但放大器的低噪聲與放大器的穩(wěn)定性和增益相沖突，例如最小噪聲與最大增益就不益相沖突，例如最小噪聲與最大增益就不能同時(shí)達(dá)到，因此需要討論噪聲參數(shù)，以能同時(shí)達(dá)到，因此需要討論噪聲參數(shù)，以便得到最佳設(shè)計(jì)。便得到最佳設(shè)計(jì)。下面，首先介紹噪聲的表示方法和級(jí)下面，首先介紹噪聲的表示方法和級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性；然后在史密斯圓圖上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性；然后在史密斯圓圖上畫(huà)出等噪聲系數(shù)圓。畫(huà)出等噪聲系數(shù)圓。 7.4.1 等效噪聲溫度和噪聲系等效噪聲溫度和噪聲系數(shù)數(shù)一個(gè)電阻可能產(chǎn)生的最大資用熱噪聲一個(gè)電阻可能產(chǎn)生的最大資用熱噪聲功率為功率為 PN=kTB （7