第八章放大器设计.ppt

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 放大器指标 二端口功率增益 放大器稳定性分析 噪声系数 元件噪声系数（noise figure）是在元件输入和输出之间的信噪比恶化的一种度量。 级联系统噪声系数计算 例如：系统第一级LNA 增益Ga=10dB，噪声系数Fa=2dB，第二级带通滤波器插损Lf=1dB，第三级混频器插损Lm=3dB，噪声系数Fm=4dB，求系统总噪声系数 给定阻抗条件下功率放大器的设计 三种微波/射频放大器设计原则 低噪声放大器设计重点在于获得尽可能低的噪声系数 高增益放大器设计重点在于获得尽可能高的资用功率增益 高线性放大器设计重点在好的线性性能，一般工作在A类 宽带晶体管放大器设计 共轭匹配只在相对窄的带宽上给出最大增益，而对于小于最大增益的设计将提高增益带宽，但是放大器的输入输出端口匹配会很差，主要原因是典型的微波晶体管与50Ω不好匹配；另一个原因是|S21|随频率以6dB/倍频程的速率降低。 宽带设计的几种方法 补偿匹配网络：在设计输入和输出匹配节时考虑对|S21|引起的增益下降进行补偿，但使匹配网络更复杂 阻抗匹配网络：用电阻性网络可以获得较好的输入输出匹配，但随之降低了增益并增加了噪声系数 负反馈：负反馈可以平坦晶体管的增益响应，改善输入和输出匹配，提高稳定性，以牺牲增益和噪声系数的代价可获得超过倍频程的带宽 平衡放大器：在输入和输出端有90°耦合器，可以在1个倍频程或更大带宽内获得良好匹配，增益等于单个放大器增益 分布式放大器：几个晶体管沿着传输线级联在一起，在较宽的带宽上有良好的增益，匹配系数和噪声系数，但是电路复杂 FET的栅极和漏极电容有效地成为栅极和漏极线分布电容的一部分，而栅极和漏极电阻则成为这些线上的分布损耗。这类电路也称为行波放大器。 非平衡式和平衡式放大器设计结果对比 功率放大器 对于RF和微波功率放大器设计重点在于效率、功率、增益、互调产物和热效应 在进行小信号放大器设计时，当输入信号功率足够小时，可假定晶体管是线性器件，而线性器件的S参量的意义比较明确，与输入功率或输出负载阻抗无关 在高输入功率情况下，晶体管不是线性的，输入端和输出端看到的阻抗与输入功率电平有关，使得功率放大器设计更复杂 功率放大器的效率和功率附加效率 放大器效率 功率附加效率 在800MHz～900MHz的蜂窝电话波段，功率附加效率约在80％，但是随频率提高，效率下降很快 1dB压缩增益 设G0是小信号（线性）增益，1dB压缩点处的放大器增益定义为G1(dB)=G0(dB)-1 2阶和3阶双频交调产物的输出频谱 功率放大器非线性 功率放大器为了输出较大功率，通常需要工作在非线性区。然而放大器的非线性能够引起寄生频率的产生和交调失真。 在无线发射机特别是多载波系统中，寄生信号可能出现在相邻通道，干扰相邻通道 对非恒包络调制也要求严格的线性，比如幅移键控和正交振幅调制等 晶体管的大信号特性 当信号功率大大低于1dB压缩点时，晶体管表现为线性，所以小信号S参量与输入功率电平或输出负载阻抗无关。 当功率电平可比或大于P1时，晶体管非线性表现出来，测量得到的S参数将与输入功率电平和输出端负载阻抗（以及频率、偏置条件和温度）有关。所以大信号S参数与定义的不同，且不满足线性条件，不能用小信号参量代替 对于器件稳定性计算，使用小信号S参量通常有较好的结果 晶体管大信号特性的表征方法 1 测量作为源和负载阻抗函数的增益和输出功率 确定大信号源和负载的反射系数 和 『他们在特定的输出功率（通常为P1）下使功率增益最大』与频率的关系曲线 10 0.491∠185° 0.797∠-187° 0.36∠-169° 0.079∠53° 3.08∠69° 0.76∠169° 1000 12 0.478∠161° 0.747∠-177° 0.35∠-167° 0.073∠52° 3.42∠72° 0.76∠172° 900 13.5 0.455∠129° 0.856∠-167° 0.35∠-163° 0.065∠49° 4.1∠76° 0.76∠176° 800 Gp(dB) S22 S21 S12 S11 f(MHz) 2 在Smith圆图上画出作为负载发射系数的函数的等输出功率曲线，晶体管在输入端共轭匹配