小信号放大器的设计PPT课件

.,1,TOPIC11,射频/微波小信号放大器的设计,.,2,主要内容,放大器的基础小信号放大器的设计方法单向化设计最大增益设计指定增益设计双向共轭匹配设计最大增益设计指定增益设计,.,3,放大器的基本组成,放大器设计,.,4,不同的设计方法,一般放大器电路，根据信号输入功率不同可以分为：小信号放大器低噪声放大器功率放大器小信号放大器根据增益规格和设计考量，可分为：最大增益固定增益放大器就S参数设计考量则可有：单向设计双向共轭匹配设计,.,5,放大器的设计目标,在设计放大器时，一般有以下几种目标：以达到最大功率增益为目标；以达到最稳定增益为目标；要达到某一确定的增益值（小于最大增益）；以达到最小噪声系数为目标；综合考虑以上目标。这些设计目标均可以按照网络的S参数导出相应的公式。对于不同的设计原则，相应的匹配网络的结构也就不一样。,.,6,放大器的设计方法,为了设计符合要求的匹配网络，通过不同设计目标确定输入输出匹配网络的反射系数，再根据反射系数来设计匹配网络。设计时根据晶体管的特性可分为单向器件（S120）和双向器件（S120），对应于单向化设计法和双向共轭匹配设计法。在设计中如果忽略晶体管自身反馈的影响（S120），可以使用单向化设计法。,.,7,单向化设计,反射系数：in=S11，out=S22单向化功率增益：,单向化转换功率增益,.,8,单向化设计,改写这个式子，以便输入、输出匹配网络的效果能被区别开：由于增益的计算通常采用dB表示，单向化功率增益也常写成：,输入,器件,输出,.,9,单向化最大增益设计,最大单向化功率增益：如果|S11|1、|S22|1，|=0.421，|=0.561。因此晶体管处于绝对稳定状态。,.,24,双向最大增益设计实例,最大增益设计：由S参量看，S12的幅度相当大，必须采用双共轭匹配法设计。,0.74,0.64,0.19+j0.06,0.03+j0.07,0.3-18o,0.1269o,=8.42dB,.,25,双向恒定增益设计,双共轭匹配可获得最大功率传输，但实际设计中，通常需在GTmax与其他参数之间进行折中，不一定采用最大增益设计。对于设计有预定增益要求的放大器，考虑了输入、输出端口互耦效应的双共轭设计法有两种方案可供选择：源与输入反射系数处于共轭，调整L。输出端口处于良好匹配，在S平面上调整。,.,26,双向恒定增益设计,由实际功率增益表达式：令代入整理得：,比例系数,.,27,双向恒定增益设计,经变换，可得L复平面上的等增益圆方程：其圆心坐标：圆半径：,k为稳定性因子,.,28,等增益圆的映射,在一些放大器的设计过程中，需要考虑s的取值。根据双向设计的原则，可以由L计算出相应的s。为了综合考虑L和s的取值，可以将L平面上的等增益圆映射为s平面上的圆。,应用,可得,.,29,等增益圆的映射,以此代入L平面上的圆方程，可得：此式可化为圆心坐标为：圆半径为：在预定增益要求下，据此可画出s平面上的等功率增益圆。,.,30,双向恒定增益设计,在放大器输出端口需要良好匹配的场合下(VSWRout=1)，必须采用资用功率增益方案来确定等增益圆。可得S复平面上的等增益圆方程：其圆心坐标：圆半径：,.,31,双向等增益圆设计实例,例题9.13：要求GTmax8.42dB，功率增益为8dB，放大器的输入端口有良好的匹配。解：输入端口良好匹配，所以输入处于共轭匹配状态；调整输出匹配网络使得增益符合预定要求G=8dB=6.31，代入得比例系数g0=1.0095将比例系数代入计算圆心坐标和圆半径：圆心：0.1169o，半径：0.35。,.,32,双向等增益圆设计实例,等增益圆如图所示。为了简化输出匹配网络的设计，令L落在与等电阻圆r=1的交点上，得：L=0.26-75o。由L计算出in，再由计算出S。根据S和L设计匹配网络。,.,33,单向化设计误差因子,有源元件在评断是否适用“单向化设计”时，视其“评量因子”是否够小。单边设计评量因子(UnilateralFigureofMerit)(又称为单向化因子)其公式：,误差满足,误差满足：,由于S12=0的情况设计过程简单，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。,U越小，单向化设计误差越小；极限情况下S12=0，U=0，没有误差。,.,34,根据增益设计放大器步骤总结,设定放大器工件频率(f0)与输出入阻抗(RS,RL)。一般射频放大器的输出入阻抗设定为50。根据电源选用晶体三极管，同时设定三极管的偏压条件(VCE,IC)，决定出在该条件下的三极管的S参数(S11,S21,S12,S22)，并设计适用它的偏压电路。将步骤二所获得的S参数代入上述公式计算出下列设计参数：稳定因子，K单边设计评价因子，M最大单边转换增益，GTU,max输入稳定圆的圆心，CS及半径，rS输出稳定圆的圆心，CL及半径，rL最佳输入反射系数Sm最佳输出反射系数Lm,.,35,根据增益设计放大器步骤总结Cont.,满足稳定判据，则进入下一步骤；不满足判据，则设计输入和输出匹配网络时要避开不稳定区域。检查M值是否够小。若M值接近0.03(-15dB)则适用单边设计，可得S=S11*及L=S22*，最大增益即为GT,max；若M值大于0.03(-15dB)则须用双边设计，可得S=Sm及L=Lm，最大增益即为GT,max。若