放大器设计教程.ppt

第8章 放大器设计 ;8.1 放大器的基本原理;图 8-1 放大器电路组态; 8.1.1 放大器的指标 放大器有以下性能指标： (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: 放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值,表示信号经过放大器后信号质量的变坏程度。级联网络中,越靠前端的元件对整个噪声系数的影响越大。在接收前端,必须做低噪声设计。放大器的设计要远离不稳定区。噪声的好坏主要取决于器件和电路设计。 ; (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1 dB压缩的功率。动态范围影响运动系统的作用距离范围 8.1.2 放大器的设计原理 考虑图8 - 2 所示二端口网络, 它代表单级放大器,其输入端接信号源,输出端接负载。  ;图 8-2 二端口网络和放大器的增益定义; 1. 三个增益的定义 根据信号源阻抗Zs和负载阻抗ZL与网络的关系,可以有以下三个功率增益: (1) 实际功率增益:负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率之比,与源阻抗无关,与负载阻抗有关,即 (2) 资用功率增益: 二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比,源端和负载端均共轭匹配,与源阻抗有关,与负载阻抗无关。它是放大器增益的最大潜力,即 ; (3) 转换功率增益:负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比, 与两端阻抗都有关, 即 三个增益与电路参数的关系为 ; 式中 ; 放大器电路中输入、 输出端都匹配,ΓL=Γs=0和单向化S12=0,转换功率增益变为 可以把单向转换功率增益分为输入、 器件、 输出三部分。 ; 2. 稳定性判据  图8-2所示电路产生振荡的条件是|Γin|1或|Γout|1,这意味着输入口或输出口有负阻。因为Γin 或Γout取决于Γs或ΓL,故定义稳定条件为 ; 稳定性判据为 式中, Δ=S11S22-S12S21。 实际放大器设计中有两种情况： (1) 晶体管为单向器件：S12=0,绝对稳定,|S11|1,|S22|1。对输入和输出匹配电路的设计没有限定条件,依据???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,如图8 - 3 所示。稳定圆可以直接计算,也可用商业软件,如Ansoft, MicrowaveOffice, SUPER COMPACT等。 ;图 8-3 条件稳定下的输入平面上的输出稳定圆 (a) |S11|1； (b) |S11|1; 输入平面上, 输出稳定圆的圆心和半径为 输出平面上,输入稳定圆的圆心和半径为 ; 绝对稳定判据的另一种形式为 8.1.3 放大器的设计思路 1. 单向化设计S12＝0或S12≈0 (1) 确定反射系数: Γin=S11，Γout=S22。 (2) 单向转换功率功率增益分为输入、 器件、 输出三部分,即  GTU=GsG0GL （8 - 9）; 其中 (3) 最大增益设计: 输入、输出端共轭匹配,即Γs=Γ*inΓL=Γout,给定了两端匹配网络。 ; (4) 单向化因子: 由于S12=0的情况设计,计算过程简单,实际设计中可以把|S12|比较小的情况按S12=0计算,最后再估计带来的增益误差。定义 则误差满足 ; 2. 双向设计S12≠0  (1) 满足判据,绝对稳定。确定反射系数： ; B1=1+|S11|2-|S22|2-|Δ|2 B2=1+|S22|2-|S11|2-|Δ|2 C1=S11-ΔS*22 C2=S22-ΔS*11 （8 - 16） (2) 最大增益设计: 输入、 输出端两边共轭匹配,即Γs=Γ*inΓL=Γ*out,给定了两端匹配网络。 ; (3) 低噪声时按源最佳反射系数设计输入匹配网络。放大器的噪声系数与源反射系数有关,每个器件都有一个最小噪声系数,并要求有一个最佳源反射系数。任一噪声系数都对应一系列反射系数,在输入平面上是个圆,称为等噪声系数圆,圆心和半径见式（8 - 17）。噪声系数圆结合稳定圆和等增益圆使用