第7章射频放大器的稳定性、增益和噪声(吉大通信)-课件.ppt

第7章 射频放大器的稳定性、 增益和噪声 在放大器的设计中，需要考虑的因素很多，其中最重要的就是稳定性、增益和噪声。本章将对上述问题的特性作系统讨论，以便下一章集中讨论各类放大器的设计。 7.1 放大器的稳定性 设计射频放大器时，必须考虑电路的稳定性，这一点与低频电路的设计方法完全不同。由于反射波的存在，射频放大器在某些工作频率或终端条件下有产生振荡的倾向，不再发挥放大器的作用，因此必须分析射频放大器的稳定性。 稳定性是指放大器抑制环境的变化（如信号频率、温度、源和负载等变化时），维持正常工作特性的能力。 7.1.1 稳定准则 放大器的二端口网络如图7.1所示，在它的输入端接有一个内阻为ZS的源VS，在它的输出端接有负载ZL。 如果反射系数的模大于1，传输线上反射波的振幅将比入射波的振幅大，这将导致放大器不稳定。因此，放大器稳定意味着反射系数的模小于1，即 7.1.2 稳定性判别的图解法 ΓL、ΓS和S参量对放大器的稳定性有影响，但由于S参量对于特定条件（频率、温度、外加信号的大小等）是固定值，所以对稳定性有影响的就只有ΓL和ΓS。下面在ΓL和ΓS的复平面上讨论稳定区域，用图解的方法给出结论。 1. 输出稳定判别圆 ΓL复平面上输出稳定判别圆及史密斯圆图如图7.2所示，输出稳定判别圆将ΓL复平面划分为圆内和圆外两部分，从图中可见输出稳定判别圆决定了史密斯圆图内ΓL的稳定区域。 下面讨论ΓL的稳定区域。 （1）若(|S11|1，则史密斯圆图中心点（ΓL=0点）在稳定区域内。分2种情况。 （2）若(|S11)|1，则史密斯圆图中心点（ΓL=0点）在稳定区域外。分2种情况。 （1）若|S22|1，则史密斯圆图中心点在稳定区域内。分两种情况。 （2）若(|S22|1，则史密斯圆图中心点在稳定区域外。分两种情况。 3. 绝对稳定 绝对稳定是稳定的一个特例，是指在频率等特定的条件下，放大器在ΓL和ΓS的整个史密斯圆图内都处于稳定状态。 （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7.4（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7.4（b）所示。 7 .1. 3 绝对稳定判别的解析法 7.1.4 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7.7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。 同样，在输出端口增加一个串联或并联的电阻，如图7.8所示，若保证总输出阻抗为正，也可以保证输出端口稳定。 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。 7.2 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。 7.2.1 功率增益的定义 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。 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 7.2.2 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GL的控制。 GS和GL的值可能大于1。当GS和GL的值达到最大化时，放大器可以有最大增益。当输入匹配网络与输出匹配网络能保证晶体管的输入和输出端分别实现共轭匹配时，放大器可以实现最大增益。 在共轭匹配的状态下，晶体管既能从源获得最大输入功率，又能输出给负载最大功率。 基于共轭匹配的概念，当 7.2.3 晶体管单向情况 当S12=0时，晶体管是单向的。实际应用中，有时可以忽略晶体管自身反馈的影响，视S12≈0。 当晶体管近似为单向时，可以带来设计上的诸多便利，此时 Γin和Γout彼此独立，这意味着输入匹配网络与输出匹配网络无关，可以各自独立设计。下面在晶体管单向的前提下，讨论放大器的增益，同时给出单