第8章 放大器的稳定性、增益和噪声.ppt

8.2.4 晶体管双向情况 当S12≠0且采用单向化设计会产生较大误差时，就不能忽略晶体管反馈的影响，这时必须考虑晶体管的双向情况。 由于 所以双向晶体管的Γin和Γout不再彼此独立，这使双向晶体管比单向晶体管的情况复杂。下面在晶体管双向的前提下，讨论放大器的增益。 1. 最大增益 当晶体管双向时，同时满足式（8.47）和（8.48）可以得到放大器的最大增益。式（8.47）和（8.48）是输入与输出同时达到共轭匹配 2. 固定增益、等功率增益和等资用功率增益圆 固定增益是指放大器的增益达到某一期望的值，这一期望的值小于放大器的最大增益。对于双向晶体管来说，固定增益放大器的设计将变得比较复杂。 可以采用固定功率增益法设计放大器，此时预期的放大器功率增益为GP，这一期望的值小于GPmax。也可以采用固定资用功率增益法设计放大器，此时预期的放大器资用功率增益为GA，这一期望的值小于GAmax。 （1） 固定功率增益法 （2）固定资用功率增益法 在很多情况下，放大器的特性用输入和输出电压驻波比描述，而且电压驻波比必须保持在特定指标之下。信源与晶体管之间及晶体管与负载之间的失配程度对驻波比有影响，下面讨论失配因子及电压驻波比。 8.3 输入、输出电压驻波比 8.3.1 失配因子 源失配因子定义为 负载失配因子为 8.3.2 输入、输出驻波分析 放大器如图8.13所示，输入、输出电压驻波比为 图8.13放大器输入及输出端口的失配 8.4 放大器的噪声 设计有源网络时，需要考虑噪声问题。对放大器来说，噪声的存在对整个设计有重要影响，在低噪声的前提下对信号进行放大是对放大器的基本要求。 前面讨论过放大器的稳定性和增益，但放大器的低噪声与放大器的稳定性和增益相冲突，例如最小噪声与最大增益就不能同时达到，因此需要讨论噪声参数，以便得到最佳设计。 8.4.1 等效噪声温度和噪声系数 一个电阻可能产生的最大资用热噪声功率为 PN=kTB （8.99） 图8.14 有噪声放大器的等效模型 8.4.2 级连网络的等效噪声温度和噪声系数 图8.15 2级放大器的级连 8.4.3 噪声系数圆 图8.17 等噪声系数圆 * 图7.16 级放大器的级连 若|S11|1且|S22|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8.4（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8.4（b）所示。 图8.4 绝对稳定时稳定判别圆与史密斯圆图的相对位置 8 .1. 3 绝对稳定判别的解析法 图8.5 例8.1用图 图8.6 例8.2用图 8.1.4 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|Γin|1或|Γout|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。 |Γin|1和|Γout|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，以保证总输入阻抗为正。图8.7示出了输入端口的稳定电路，增加了串联电阻R′in或并联电导G′in。 图8.7 串联或并联电阻稳定输入端口 同样，在输出端口增加一个串联或并联的电阻，如图8.8所示，若保证总输出阻抗为正，也可以保证输出端口稳定。 图8.8 串联或并联电阻稳定输出端口 图8.9 例8.3用图 由于晶体管输入端加电阻会增加输入损耗，进而转化为输出端较大的噪声指数，因此一般不在输入端加电阻，而采用在输出端加电阻来达到晶体管稳定的目的。 8.2 放大器的增益 对输入信号进行放大是放大器最重要的任务，因此在放大器的设计中，增益的概念很重要。 8.2.1 功率增益的定义 图8.10 单级放大器的一般框图 放大器的功率增益有多种定义，它们取决于放大器的运行机制。现分别对与增益相关的不同功率给予定义。 图8.11 单级放大器及信号流图 1. 转换功率增益 2. 资用功率增益 3. 功率增益 功率增益为 4. 单向化功率增益 8.2.2 最大功率增益 由于晶体管的增益G0是固定的，放大器的总增益受输入匹配网络有效增益GS和输出匹配网络有效增益G