射频放大器的增益和噪声分析

1、对输入信号进行放大是放大器最重要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，增益的的任务，因此在放大器的设计中，增益的概念很重要。概念很重要。传输功率增益资用功率增益功率增益 图图7.11 单级放大器及信号流图单级放大器及信号流图bs参考第174页 例题例题7.47.51. 转换功率增益转换功率增益2. 资用功率增益资用功率增益3. 功率增益功率增益 功率增益为功率增益为4. 单向化功率增益单向化功率增益7.2.2 最大功率增益最大功率增益由于晶体管的增益由于晶体管的增益G0是固定的，放大是固定的，放大器的总增益受输入匹配网络有效增益器的总增益受输入匹配网络有效增益GS和和输

2、出匹配网络有效增益输出匹配网络有效增益GL的控制。的控制。GS和和GL的值可能大于的值可能大于1。当。当GS和和GL的的值达到最大化时，放大器可以有最大增益。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，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。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，又能输出给负载最源获得最大输入功率，又能输出给负载最大功率。大功率。基于共轭匹配的概念，当基于共轭匹配的概念，当7.2.3

3、晶体管单向情况晶体管单向情况当当S12=0时，晶体管是单向的。实际应时，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用中，有时可以忽略晶体管自身反馈的影响，视响，视S120。当晶体管近似为单向时，可以带来设当晶体管近似为单向时，可以带来设计上的诸多便利，此时计上的诸多便利，此时in和和out彼此独立，这意味着输入匹彼此独立，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，同时给出单向化设计带论放大器的增益，同时给出单向化设计带来的误差。来的误差。1. 最大

4、增益最大增益2. 固定增益设计和等增益圆固定增益设计和等增益圆3. 单向化设计误差因子单向化设计误差因子 图图7.12 例例7.6用图用图7.2.4 晶体管双向情况晶体管双向情况当当S120且采用单向化设计会产生较大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，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。这时必须考虑晶体管的双向情况。由于由于所以双向晶体管的所以双向晶体管的in和和out不再彼此不再彼此独立，这使双向晶体管比单向晶体管的情独立，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，讨况复杂。下面在晶体管双向的前提下，讨论放大器的增

5、益。论放大器的增益。 1. 最大增益最大增益 当晶体管双向时，同时满足式（当晶体管双向时，同时满足式（7.47）和（和（7.48）可以得到放大器的最大增益。）可以得到放大器的最大增益。式（式（7.47）和（）和（7.48）是输入与输出同时达）是输入与输出同时达到共轭匹配到共轭匹配 2. 固定增益、等功率增益和等资固定增益、等功率增益和等资用功率增益圆用功率增益圆 固定增益是指放大器的增益达到某一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

6、。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，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此时预期的放大器功率增益为GP，这一期，这一期望的值小于望的值小于GPmax。也可以采用固定资用功。也可以采用固定资用功率增益法设计放大器，此时预期的放大器率增益法设计放大器，此时预期的放大器资用功率增益为资用功率增益为GA，这一期望的值小于，这一期望的值小于GAmax。（1） 固定功率增益法固定功率增益法（2）固定资用功率增益法）固定资用功率增益法在很多情况下，放大器的特性用输入在很多情况下，放大器的特性用输入和输出电压驻波比描述，而且电压驻波比和输出电压驻波比描述，

7、而且电压驻波比必须保持在特定指标之下。信源与晶体管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有影响，下面讨论失配因子及电压驻波比。波比。7.3.1 失配因子失配因子源失配因子定义为源失配因子定义为负载失配因子为负载失配因子为7.3.2 输入、输出驻波分析输入、输出驻波分析放大器如图放大器如图7.13所示，输入、输出电所示，输入、输出电压驻波比为压驻波比为 图图7.13放大器输入及输出端口的失配放大器输入及输出端口的失配设计有源网络时，需要考虑噪声问题。设计有源网络时，需要考虑噪声问题。对放

8、大器来说，噪声的存在对整个设计有对放大器来说，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。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，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，以能同时达到，因此需要讨论噪声参数，以便得到最佳设计。便得到最佳设计。下面，首先介绍噪声的表示方法和级下面，首先介绍噪声的表示方法和级联网络的噪声特性；然后在史密斯圆图上联网络的噪声特性；然后在史密斯圆图上画出等噪声系数圆。画出等噪声系数圆。 7.4.1 等效噪声温度和噪声系等效噪声温度和噪声系数数一个电阻可能产生的最大资用热噪声一个电阻可能产生的最大资用热噪声功率为功率为 PN=kTB （7