射频电路基础 第四章 噪声与小信号放大器
简单射频电路的噪声系数分析
简单射频电路的噪声系数分析周硕耘引言：在电路设计中，无论是低频模拟电路，还是射频电路中，最终如何得到高质量的承受信号，即得到最大化的SNR，是所有工程师所关心的问题，那么在解决噪声干扰之前，对噪声的量化分析就成为了一个很重要的先行步骤，在模拟电路中，常用信噪比〔SNR〕来描绘，在RF电路中那么引入另一个参量噪声系数〔NF〕进展量化和分析，本文即对噪声系数的概念进展介绍并举例CMOS混频器对噪声系数的计算进展说明关键词：噪声系数CMOS混频器噪声系数的定义在RF电路的噪声分析中，最常用的噪声系数的定义式如下：NF=SNR in/SNR out,当然，也有取对数，dB作为单位的，但他们本身就是一一映射的关系，本质上并没有区别，唯一的好处是，可以简化计算，但是原那么上不加区分。
射频电路的噪声系数分析在分析射频电路的噪声系数之前，首先需要定义几种常见噪声的数学模型：电阻热噪声：S v〔f〕=4KTR=V n2，I n2=4kT/R ；其中V n，I n是等效的均方噪声电压和电流，Sv 是噪声的功率谱密度〔PSD〕，即，对于单纯的电阻，含热噪声的电路可等效如以下图的无噪声电路：，并且满足电阻的串并联规那么。
另外对于有源器件还存在：散粒噪声：In2=2qI闪烁噪声：Vn 2=K/WLCoxf考虑耦合沟道热噪声和散粒噪声的条件下推导简单单平衡有源CMOS混频器的噪声系数，电路如下：晶体管的噪声模型指出：工作在饱和区的MOSFET的电压相关的互相耦合的沟道热噪声和散粒噪声的PSD为In 2=2rqVdsgm〔1+e-qvds/kT〕/(1-e-qvds/kT),V ds 为漏源电压，r为偏置函数，gm为小信号跨导，噪声模型如以下图：该模型为热噪声和散粒噪声的统一模型。
对于该系统的总噪声来说，可以分成各部分加性噪声的共同作用。
对于开关的引入的噪声：将Vds1，Vds2，gm1,gm2代入统一模型,可推导出开关噪声的PSD Sn1=In12〔1/(1+gm1/gm2〕)+In22(1/(1+gm2/gm1)),考虑Id3=Id1+Id2，IO1=Id1-Id2可得到输出分量是引入噪声分量幅度的2倍对于跨导级引入噪声：考虑M3管产生的噪声，其中有多晶栅电阻Rg3和射频输入端源阻抗Rs的热噪声，以及互相耦合沟道的热噪声与散粒噪声统一模型，得到公式：对于负载噪声：S nL =4kT/R L ，RL 为负载噪声等效电阻 混频器本振端口引入噪声：S nLO =4kT 〔R LO +2R g1〕G 2，RLO 为本振输出的噪声底线等效电阻，R g1为M1管的多晶栅电阻综合所有的加性噪声，可得输出噪声公式： I add 2=S nL +S nLO +S n3+S n1+S n2,即所以该系统的噪声系数即为NF=(I 2add /(C 2g m 2))/4kTR s 考虑混频器的频谱搬移，对于超外差接收机，也将镜像频带内的噪声搬移到了中频，相对于零中频接收机，其噪声系数是双边频谱系数的两倍，所以零中频的NF=(I 2add /(C 2g m 2))/8kTR s 总结：在计算混频器的噪声系数的过程当中，计及输出噪声，需要考虑到众多加性噪声的共同作用和影响，用到的噪声模型较多，随着系统复杂性的增加以及准确度的要求，计算难度将随之增大，至于更为复杂的级联级噪声系数的计算，文献也有介绍，但是这里就不作讨论了。
电路基础原理简介电路的小信号模型和放大器设计
电路基础原理简介电路的小信号模型和放大器设计电路基础原理简介、电路的小信号模型和放大器设计电路是电子技术的基础，也是现代社会中各种电子设备的基本组成部分。
了解电路的基础原理以及掌握电路的小信号模型和放大器设计是电子工程师的基本技能。
本文将简要介绍电路的基础原理，并重点讨论电路的小信号模型和放大器设计。
一、电路基础原理简介电路是由电子元件（例如电阻、电感、电容）和电子器件（例如二极管、晶体管）组成的。
在电路中，电流和电压是最基本的物理量。
欧姆定律指出电流与电压之间的关系为I=V/R，其中I为电流，V为电压，R为电阻。
通过欧姆定律，我们能够计算电路中的电流和电压。
二、电路的小信号模型电路的小信号模型是用于描述电路中小信号行为的模型。
在电路工程中，我们通常关注的是电路中微弱的变化，例如输入信号的微小变化引起的输出信号的微小变化。
因此，我们只需要考虑电路在直流工作点附近的小信号行为。
以晶体管为例，晶体管的小信号模型由三个参数描述：输入阻抗Zin、输出阻抗Zout和电流放大倍数β。
输入阻抗描述了输入信号与晶体管之间的阻抗匹配情况；输出阻抗描述了晶体管与负载之间的阻抗匹配情况；电流放大倍数描述了晶体管将输入信号放大多少倍。
三、放大器设计放大器是电子器件，用于将输入信号放大。
它在电子设备中广泛应用，例如音频放大器、射频放大器等。
放大器的设计是电路工程中的重要部分，它涉及到电路的稳定性、频率响应和失真等问题。
放大器设计的首要任务是选择适当的放大器类型。
常见的放大器类型包括共射放大器、共基放大器和共集放大器。
这些放大器类型各有特点，适用于不同的应用场景。
此外，放大器设计还需要考虑电路的稳定性。
电路的稳定性是指在不产生自激或者发散的情况下，电路能够保持所需的功能。
为了提高电路的稳定性，我们需要采取一系列措施，例如增加反馈电路、控制增益等。
最后，放大器设计还需要考虑电路的频率响应和失真。
频率响应描述了放大器在不同频率下的增益情况，失真则描述了输入信号经过放大器后可能引起的波形畸变。
射频与微波电路设计低噪声放大器设计PPT课件
放大器的稳定性
当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于 1（即 1 1, 2 1 ）时，不
管源阻抗和负载阻抗如何，网络都是稳定的，称为绝对稳定；
当输入端或输出端的反射系数的模大于 1 时，网络是不稳定的，称为条件稳定。
对条件稳定的放大器，其负载阻抗和源阻抗不能任意选择，而是有一定的范围，
பைடு நூலகம்
P3
P1
P2
Z0
输入
a1
a2
微波
输出
匹配
b1 器 件 b2
匹配
电路
[S]
电路
P4 Z0
Zs Zin
Zout ZL
Γ sΓ 1
Γ 2Γ L
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在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆
• 2、输入、输出匹配时，噪声并非最佳。相反有一定失配，才能实现噪声最佳。 • 对于MES FET（金属半导体场效应晶体管）来说，其内部噪声源包括热噪声、闪
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放大器技术指标—端口驻波比和反射损耗 • 低噪声放大器主要指标是噪声系数，所以输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的， 其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态，因此驻波比不会很好。 • 此外，由于微波场效应晶体或双极性晶体管，其增益特性大体上都是按每倍频程 以6dB规律随频率升高而下降，为了获得工作频带内平坦增益特性，在输入匹配 电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下，只能采用低频段失配的方法来 压低增益，以保持带内增益平坦，因此端口驻波比必然是随着频率降低而升高。
烁噪声和沟道噪声。这几类噪声是相互影响的，综合结果可归纳为本征FET栅极 端口的栅极感应噪声和漏极端口的漏极哭声两个等效噪声源。这两个等效噪声 源也是相关的，如果FET输入口（即P1面）有一定的失配，这样就可以调整栅极 感应噪声和漏极噪声之间的相位关系，使它们在输出端口上相互抵消，从而降 低了噪声系数。对于双极型晶体管也存在同样机理。 • 根据分析，为获得最小的FET本征噪声，从FET输入口P1面向信源方向视入的反 射系数有一个最佳值，用out表示。当改变输入匹配电路使呈现
电路基础原理应用射频放大器实现无线信号的增强
电路基础原理应用射频放大器实现无线信号的增强无线通信已成为现代社会通信领域中不可或缺的一部分。
而在无线通信中，信号的传输和接收是十分关键的环节。
在无线通信中，射频放大器是起到放大接收信号的作用，从而实现信号的增强。
射频放大器是一种特殊的电子放大器，它用于增强射频信号的幅度，从而增强信号的传输能力。
射频放大器通常应用于无线通信、广播、雷达等领域中。
它的主要功能是将低功率的射频信号放大到足够的功率，以便能够在无线电设备中进行传输和接收。
射频放大器的原理十分复杂，主要基于电路基础原理中的放大和滤波。
在射频放大器中，主要使用了放大器电路和滤波器电路。
放大器电路是射频放大器中的核心组件，它能够将输入的信号放大到所需的幅度。
在放大器电路中，常用的放大器有BJT放大器和MOSFET放大器。
BJT放大器是通过控制输入信号的电流变化来实现信号放大的，而MOSFET放大器则是通过控制输入信号的电压变化来实现信号放大的。
这些放大器电路能够将射频信号的幅度进行增强，从而提高信号的传输距离和接收质量。
滤波器电路是射频放大器中的另一个重要组成部分，它能够过滤掉不需要的频率信号，从而提高信号的纯度。
在滤波器电路中，常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
低通滤波器主要通过去除高频部分的信号，而高通滤波器则通过去除低频部分的信号。
带通滤波器则是通过选择一个特定的频带来传递特定频率范围的信号。
这些滤波器电路能够将射频信号中的杂散频率进行过滤，提高信号的准确性和稳定性。
除了放大器和滤波器电路外，射频放大器还需要使用适当的电源供电和稳定电源，以确保放大器能够正常工作。
同时，为了保护放大器免受过热和过电压的损坏，需要使用散热装置和过载保护电路。
总之，射频放大器是实现无线信号增强的重要组成部分。
通过电路基础原理中的放大和滤波原理，射频放大器能够将低功率的射频信号放大到适当的功率，提高信号的传输质量和距离。
在实际应用中，人们根据不同的需求和场景，选择合适的放大器电路和滤波器电路，以实现无线信号的最佳性能。
射频电路基础噪声与小信号放大器
电阻
电感
三极管
用于限制电流和调节电压。
用于产生磁场、滤波和调谐等功能。
用于信号放大和开关等。
在射频电路中，阻抗匹配是非常重要的，它能够减少信号的反射和损耗，提高信号传输效率。
阻抗匹配
滤波器设计
放大器设计
滤波器是射频电路中常用的元件，用于抑制不需要的频率成分，提高信号的纯度。
放大器是射频电路中的重要组成部分，用于放大微弱的信号，使其能够进行传输和处理。
动态范围扩展
小信号放大器可以扩展射频电路的动态范围，提高信号传输的稳定性。
03
02
01
根据实际应用需求，设计合适的匹配电路，以减小噪声对小信号放大器性能的影响。
匹配电路设计
通过优化小信号放大器的器件参数，可以进一步减小噪声对信号的影响。
优化器件参数
在系统级层面，综合考虑其他电路模块对噪声的影响，进行协同设计，以实现更好的性能。
设计要点
一个简单的小信号放大器电路由输入匹配网络、放大器和输出匹配网络组成，通过合理选择器件和优化电路参数，可以实现低噪声、高灵敏度和高线性度的放大效果。
实例
射频电路中的噪声与小信号放大器
04
降低输入噪声
小信号放大器通常具有较低的输入噪声，能够降低对信号的干扰。
噪声系数优化
通过优化小信号放大器的噪声系数，可以在一定程度上减小噪声对信号的影响。
噪声性能指标
包括等效输入噪声、噪声系数、信噪比等，用于评估电子设备或系统的性能。
主要包括热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等。热噪声是由导体中电子的热运动产生的；散弹噪声是由电子发射的非均匀性引起的；闪烁噪声则与半导体表面的不完整性有关。
噪声来源
采用低噪声器件、优化电路设计、接地技术、屏蔽技术等手段可以有效降低电路中的噪声。此外，还可以通过滤波器滤除特定频率范围的噪声。
第四讲 最小噪声放大器设计
沿电阻圆
D′点 串联电容 50 50 D′
阻抗：0.976+j2.587 导纳：0.1285-j0.339 串联的电容：1/CL=2.587×50
完成输出阻抗匹配设计！！！ L=0.84-70
CL≈0.31pF
C
27
2.最小噪声放大器设计
解： 三、放大器电路设计
例9.7（教材241页）：通过案例设计输入输出阻抗匹配网络
晶体管在频率为 4GHz 、 VCE=10V 、 IC=4mA 时， S 参量（ Z0=50 ）
为S11=0.55169， S21=1.6826， S12=0.0523， S22=0.84-67，晶 体管的噪声参数为Fmin=2.5dB，opt=0.48166，Rn=3.5 。设计最小噪 声放大器，并比较此时放大器的增益与放大器最大增益的差别。
第四章 放大器的设计
对应教材 9.3.4 最小噪声放大器的设计
赵彦晓
教学内容
• 放大器的噪声性能表示 • 设计最小噪声放大器，进一步掌握运用Smith圆图进行放 大器的阻抗匹配设计方法
2
1.放大器的噪声性能：噪声系数
噪声系数定义为放大器总输出噪声PNo与(PNo)i的比值， 用F表示。
噪声系数F还可以表示为输入端额定信噪比与输出端额 定信噪比的比值。
解： （4）输出阻抗匹配设计：
沿电导圆
C点 并联电感 沿电阻圆
D点
串联电感 沿电阻圆 D′点 串联电容
50 50 50
D′
沿电导圆
C点
并联电感
D C
L=0.84-70
23
2.最小噪声放大器设计
小信号放大器电路设计
小信号放大和检波电路-概述说明以及解释
小信号放大和检波电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下编写：在电子工程学中，小信号放大和检波电路是两个非常重要的电路技术。
小信号放大电路被广泛应用于电子设备中，用于放大微弱的信号，使其能够被后续的电路部分处理。
而检波电路则用于将信号转换为可测量或可用于其他用途的形式。
小信号放大电路的作用在于将微弱的信号放大到可以进行后续处理的程度。
对于一些微弱的输入信号，如传感器输出、天线接收到的无线信号等，需要经过放大才能提供足够的幅度和信噪比。
小信号放大电路的基本原理是通过扩大信号的振幅，同时保持信号的形状不发生失真。
常见的小信号放大电路类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
检波电路则用于将信号转换为可以进行测量或其他用途的形式。
在无线通信系统中，检波电路常用于将调制信号解调出来，恢复原始的基带信息。
在音频领域，检波电路常用于音频信号的放大、录制和播放等。
检波电路的基本原理是通过对输入信号进行非线性操作，将其转换为包络信号或直流成分。
常见的检波电路类型包括整流器、解调器和鉴频器等。
小信号放大和检波电路在各个领域都有广泛的应用。
在通信技术中，小信号放大电路在无线传输、射频电路和调制解调等方面起着重要作用。
检波电路则在无线通信、音频处理和数据采集等领域具有重要应用。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，对小信号放大和检波电路的研究和应用也将不断深入，为各个领域的发展提供强有力的支持。
文章结构部分的内容应该包含有关整篇文章的结构和内容安排的说明。
可以参考以下内容撰写文章1.2的内容：1.2 文章结构本文主要讨论小信号放大和检波电路的原理、类型及其应用前景。
为了使读者更好地理解文章内容，本文按照以下结构组织：引言部分将首先对文章的主题进行概述，介绍小信号放大和检波电路的基本概念和作用。
然后，详细阐述本文的目的和意义，以引起读者的兴趣和阅读动力。
正文部分分为两个主要部分：小信号放大电路和检波电路。
射频基础知识
射频基础知识第⼀部分射频基本概念第⼀章常⽤概念⼀、特性阻抗特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于模式电压与模式电流之⽐。
对于TEM波传输线，特征阻抗⼜等于单位长度分布电抗与导纳之⽐。
⽆耗传输线的特征阻抗为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数。
在做射频PCB板设计时，⼀定要考虑匹配问题，考虑信号线的特征阻抗是否等于所连接前后级部件的阻抗。
当不相等时则会产⽣反射，造成失真和功率损失。
反射系数(此处指电压反射系数)可以由下式计算得出：z1⼆、驻波系数驻波系数式衡量负载匹配程度的⼀个指标，它在数值上等于：由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0~1，⽽驻波系数的取值范围是1~正⽆穷⼤。
射频很多接⼝的驻波系数指标规定⼩于1.5。
三、信号的峰值功率解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，⽽是如下⾯图形所⽰。
峰值功率即是指以某种概率出现的尖峰的瞬态功率。
通常概率取为0.1%。
四、功率的dB表⽰射频信号的功率常⽤dBm、dBW表⽰，它与mW、W的换算关系如下：dBm=10logmWdBW=10logW例如信号功率为x W，利⽤dBm表⽰时其⼤⼩为五、噪声噪声是指在信号处理过程中遇到的⽆法确切预测的⼲扰信号（各类点频⼲扰不是算噪声）。
常见的噪声有来⾃外部的天电噪声，汽车的点⽕噪声，来⾃系统内部的热噪声，晶体管等在⼯作时产⽣的散粒噪声，信号与噪声的互调产物。
六、相位噪声相位噪声是⽤来衡量本振等单⾳信号频谱纯度的⼀个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。
理想的单⾳信号，在频域应为⼀脉冲，⽽实际的单⾳总有⼀定的频谱宽度，如下页所⽰。
⼀般的本振信号可以认为是随机过程对单⾳调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声。
相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中⼼频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相⽐。
例如晶体的相位噪声可以这样描述：七、噪声系数噪声系数是⽤来衡量射频部件对⼩信号的处理能⼒，通常这样定义：单元输⼊信噪⽐除输出信噪⽐，如下图：对于线性单元，不会产⽣信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以⽤下式表⽰：Pno 表⽰输出噪声功率，Pni 表⽰输⼊噪声功率，G 为单元增益。
射频与通信集成电路-噪声、非线性及等比例缩小
噪声
─ MOS场效应管 MOS场效应管等效输入噪声模型如下
等效输入噪声电压 vn2 和等效输入噪声电流 in2 的计算分别在输入端短
路和输入端开路两种极端情况下，使输出端的短路电流相等得到。
噪声
1) vn2 的计算 当忽略 Cgd、Rg 、vg2 、ig2 时
图(a)有 io ind
图(b)有 io gmvgs gmvn 令图(a)和(b)的输出电流相等，有 ind gmvn
噪声
噪声类型 噪声是一种随机过程，用概率密度函数(PDF)和功率谱密度(PSD)来描述。 ─ 电阻的热噪声(Thermal Noise)
热噪声是由导体中电子的随机运动引起的，它会引起导体两端电压的波动， 热噪声谱密度与绝对温度成正比。
vn2 4kTR 其中R为电阻，k为波尔茨曼常数，k=1.3810-23 J/K ─ 散弹噪声(Shot Noise)
噪声
─ 双极型晶体管噪声
1) 集电极-发射极散弹噪声 iC2 2qICDf
2) 基极-发射极散弹噪声和闪烁噪声
iB2
2qIBDf
K
I
a B
fb
Df
3) 基极寄生电阻热噪声 vb2 4kTrbDf
注意：rp和ro不是物理电阻，不产生热噪声。
噪声
─ 长沟道MOSFET噪声
1) 栅极电阻热噪声
vg2 4kTRg Df
短沟道器件：由于热载流子效应， 值远大于1
噪声
噪声的平均功率与相关性
─ 噪声的平均功率 电路中使用的噪声电压和电流的均方值相当于1W负载上的平均噪声功率或功率谱密 度 ( 频率f处1 Hz带宽内的功率)，单个噪声源的平均功率可以表示为
─ 噪声的相关性
射频(rf)器件基础知识培训
2020/1/25
射频器件基础知识
16
2端口网络的S参数
• S11为放大器的输入 反射系数
• S21为放大器的增益 • S22为放大器的输出
反射系数 • S12为放大器的反向
隔离度
2020/1/25
射频器件基础知识
17
射频电路基础 ——非线性失真
• 什么是线性失真？ • 什么是非线性失真？ • 非线性失真的主要指标
2020/1/25
射频器件基础知识
31
射频小信号放大器 ——工作原理
B
Channel Stop
E
B
C
Metal 2
Metal1
Field Oxide Subcollector
C deep
P-Substrate 20 cm
2020/1/25
Only Difference
Base - SiGe replaces Silicon
2020/1/25
射频器件基础知识
22
射频电路基础 ——功率
• 射频信号的功率常用dBm、dBW表示， 它与mW、W的换算关系如下：
• 例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大
小为：
p( dBm)
10log x1000
1
• 例如：1W等于30dBm，等于0dBW。
2020/1/25
射频器件基础知识
• IP3
• 任一微波单元电路，输入信 号增加1dB，输出三阶交调 产物将增加3dB，这样输入 信号电平增加到一定值时， 输出三阶交调产物与主输出 信号相等，这一点称为三阶 截止点
• PndB
• ndB压缩点用来衡量电路输 出功率的能力
射频集成电路RFAmp
公式中所使用的各符号含义如下： – 路径：P1, P2 等
一条路径由一组将起点与终点连接起来的支路构成，每条支路的方向均由起 点指向终点；在从起点向终点的移动过程中，路径上任何节点均只能出现一 次。例如放大器的信号流图中从 bss 到 b1 有两条路径：P1 = S11, P2 = S21ΓLS12
PL
=
1-2
---------b----s-s----2-------1 – ΓLΓS 2
(
1
–
ΓL 2)
(11)
ΓL = ΓS* 时 PL = PAVS ，所以
PAVS
=
1-- ---------b----s-s----2--------(1 – 2 1 – ΓS*ΓS 2
ΓS* 2)
(12)
=
1-- ------b---s--s----2---21 – ΓS 2
《射频集成电路设计基础》讲义
小信号高频晶体管放大器
引言 信号流图及其应用 高频放大器的稳定性 等增益圆与功率增益 基于 Gp的设计 参考文献
东南大学射频与光电集成电路研究所 , Nov-12, 2004
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引言
1 of 41
• 高频晶体管放大器
分立晶体管的高频放大器设计，同样适用于高频集成电路放大器设计
– 转化功率增益 (Transducer Power Gain) GT
在信号源与负载之间插入一个放大器以后， PAVS 不变，而
PL
=
1-2
b2
2(1
–
ΓL 2)
因此
bss 1
a1
b2
S21
射频功率放大器(黄智伟)1-51章 (1)
近似有线性关系。
第1章 射频功率放大器电路基础
三阶互调截点定义为：对于两端口线性网络，输入功率
Pf1 和三阶互调产物的输出功率 P2 f1 f2 的交叉点，用PIP3表 示。PIP3是一个理论上存在的功率值，其值越高，放大电路的
动态范围就越大。理论和实验都可以得到三阶互调截点在1 dB
第1章 射频功率放大器电路基础
第1章 射频功率放大器电路基础
1.1 射频功率放大器的主要技术指标 1.2 射频功率放大器电路结构 1.3 功率放大器电路的阻抗匹配网络 1.4 功率合成与分配 1.5 功率放大器的线性化技术 1.6 功率晶体管的二次击穿与散热
第1章 射频功率放大器电路基础
1.1 射频功率放大器的主要技术指标
第1章 射频功率放大器电路基础
1.2 射频功率放大器电路结构
1.2.1 射频功率放大器的分类 射频功率放大器的工作频率很高(从几十兆赫兹到几百兆
赫兹，甚至到几吉赫兹)，按工作频带分类，可以分为窄带射 频功率放大器和宽带射频功率放大器。窄带射频功率放大器的
频带相对较窄，一般都采用选频网络作为负载回路，例如LC谐
第1章 射频功率放大器电路基础
射频功率放大器按照电流导通角θ的不同，可分为甲(A)
类、甲乙(AB)类、乙(B)类、丙(C)类。甲(A)类放大器电流的
导通角θ=180°，适用于小信号低功率放大。乙(B)类放大器 电流的导通角θ=90°；甲乙(AB)类介于甲类与乙类之间， 90°＜θ＜180°；丙(C)类放大器电流的导通角θ<90°。乙
第1章 射频功率放大器电路基础 1.1.3 线性
衡量射频功率放大器线性度的指标有三阶互调截点(IP3)、 1 dB压缩点、谐波、邻道功率比等。邻道功率比衡量由放大器 的非线性引起的频谱再生对邻道的干扰程度。
射频电路基础噪声与小信号放大器
射频电路基础噪声与小信号放大器汇报人：xx年xx月xx日CATALOGUE目录•引言•射频电路基础•噪声在射频电路中的影响•小信号放大器在射频电路中的应用•噪声与小信号放大器的优化•实际应用案例分析•总结与展望01引言射频电路是无线通信系统的基础，如移动电话、卫星通信和无线局域网等。
无线通信系统射频电路可以以极高的速度传输大量信息，是现代通信技术的重要支柱。
信息传输射频电路的重要性噪声噪声是指存在于信号中的无规则的杂散信号，会对电路的性能产生不利影响。
小信号放大器小信号放大器用于放大微弱的输入信号，提高信号的信噪比（SNR），从而增加系统的线性动态范围。
噪声与小信号放大器的作用课程目标本课程旨在介绍射频电路基础噪声与小信号放大器的基本概念、分析方法和实际应用。
内容概述本课程将涵盖噪声的来源、分类和建模，以及小信号放大器的电路元件、设计原则和实际应用等。
还将讨论线性与非线性分析方法以及噪声与失真等课题。
课程目标和内容概述02射频电路基础射频电路是一种用于传输、接收和处理射频信号的电子电路。
射频信号是指频率范围在数十兆赫兹到数百吉赫兹之间的电磁波。
射频电路定义射频电路具有高速、宽带和低噪声等特点，广泛应用于通信、雷达、遥控和无线接入等领域。
射频电路特点射频电路定义与特点射频电路的基本元件用于衰减和匹配信号，以及吸收无用信号。
电阻电容电感传输线用于滤波、耦合和去耦，以及控制传输线的阻抗。
用于滤波、扼流和调谐，以及控制传输线的阻抗。
用于传输信号，通常由同轴线、带状线和微带线等构成。
通过调制和解调将信息加载到射频信号上，并在接收端进行解调以恢复原始信息。
射频电路的工作原理信号的调制与解调通过放大器和衰减器对信号进行放大和衰减，以实现信号的传输和处理。
信号的放大与衰减通过滤波器和匹配网络对信号进行滤波和匹配，以控制信号的频谱特性和传输效率。
信号的滤波和匹配03噪声在射频电路中的影响噪声定义噪声是电路中随机变化的电压或电流，由热噪声、散弹噪声、爆米花噪声等多种因素引起。
射频电路设计知识点总结
射频电路设计知识点总结嘿呀！今天咱们来好好唠唠射频电路设计的那些知识点！首先呢，咱们得明白啥是射频电路呀？哎呀呀，简单说就是能处理高频信号的电路啦！这在通信、雷达等领域那可是相当重要呢！1. 射频元件的特性哇！这可是基础中的基础呀！像电阻、电容、电感这些常见元件，在射频领域可就有大不同啦！电阻在高频下会有寄生电感和电容的影响，电容的寄生电感也不能忽视呀！电感的自谐振频率更是关键呢！这要是搞不清楚，设计出来的电路可就容易出问题啦！2. 传输线理论哎呀呀！这可是射频电路的核心理论之一呢！微带线、同轴线、波导，它们的特性和应用都得好好掌握！比如说，微带线的特性阻抗怎么计算？同轴线的损耗咋考虑？这些都要心里有数呀！3. 匹配网络嘿！这可是保证信号传输效率的关键哟！什么是阻抗匹配？为啥要匹配？怎么进行匹配？这里头的学问可不少呢！通过电感电容的组合，或者用变压器，都能实现匹配，但是得选对方法呀！4. 滤波器设计哇塞！滤波器在射频电路里太重要啦！低通、高通、带通、带阻，各种类型的滤波器都有各自的特点和设计方法。
比如说，用集总元件还是分布元件来设计？这得根据频率和性能要求来决定呢！5. 放大器设计哎呀呀！放大器可是增强信号的利器呀！小信号放大器和大信号放大器的设计方法可不一样哟！稳定性、增益、噪声系数，这些指标都得兼顾好呀！6. 混频器嘿！混频器能实现频率变换，这在通信系统里可少不了呢！怎么保证混频器的性能？寄生参数的影响咋处理？这些都得认真研究呀！7. 射频电路的仿真哇！现在有好多仿真软件可以用呢，ADS、HFSS 等等。
通过仿真，可以提前预测电路的性能，少走好多弯路呀！总之呢，射频电路设计可不是一件简单的事儿呀！需要掌握好多知识和技能，不断地学习和实践才行呢！哎呀呀，希望这次的总结能对大家有所帮助呀！。
《射频集成电路设计基础》功率放大器
η = -P----L-, PD
PAE
=
-P---L----–-----P----i-nPD
=
η1 – G-1--
(1)
效率和线性度矛盾的另一方面：输出功率越大，效率越高，由非线性所引起的 失真或干扰也越强。
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 > 主要指标
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• 线性度
– 非线性失真同时表现在幅度和相位上 – 互调分量 (IM3, IM5 etc.) 或谐波抑制
ro
导不变，并且在工作频率上输出阻抗为恒定的实电阻
ro，为了实现共轭匹配，负载必须经过变换使
RL vo
RL = ro 于是输出电压幅度和功率分别为
Vo
=
g m V in
r---o2
,
PL
=
1-- V----o-2 2RL
=
1-8
(
g m V in
)2
ro
(3)
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 >PA 的分类
实际的输出阻抗需要视电源电压和最大偏置电流而定，在电源电压很低的情 况下，需要将负载变换成更小的值，并提供更大的偏置电流。
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 >PA 的分类
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• Class B & Class AB ( 乙类与甲乙类 )
无论有无信号，甲类功放都保持导通，因此效 RFC 率不高，乙类功放的偏置电流 IC=0，只有在有 信号时 ( 输入信号正半周 ) 管子才工作，这时 信号电流 ix = –iC , 最大幅度 Ix, max =VCC ⁄ Rx 。 正弦信号激励下输出功率和直流功耗分别为
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第四章 噪声与小信号放大器
另外， 还存在1/f噪声（其中f表示频率）， 或称为闪烁噪 声， 这是由处于基极-发射极PN结的基极少数载流子的表面复 合而引起的。 很明显， 当频率接近直流时， 闪烁噪声将急剧 增加。 在场效应管中， 存在由沟道电阻产生的热噪声、 1/f噪 声和耦合到栅极的沟道噪声， 它们也会被晶体管的增益所放 大。 在齐纳二极管和碰撞雪崩渡越时间二极管等器件中， 发 生电子雪崩时的反向击穿也会产生噪声。
第四章 噪声与小信号放大器
I
2 n
f2
SI ( f )df
SI
f2
df
SI( f2
f1)
f1
f1
或
U
2 n
f2 f1
SU
(
f
)df
SU
f2 df
f1
SU( f2
f1)
第四章 噪声与小信号放大器
(3) 等效噪声带宽。 在功率谱密度为Si（f）的噪声通过电 压传递函数 H（f）的线性时不变系统后， 输出噪声功率谱密
第四章 噪声与小信号放大器
图4.1.1 开路电阻上的电压
第四章 噪声与小信号放大器
电子管、 半导体二极管、 晶体管或场效应管中噪声的产 生机理各不相同。 例如，对于电子管， 这些机理包括阴极电 子发射的随机次数（又称为散粒噪声）、 真空中的随机电子 速率、 阴极表面的非均匀发射和阳极的二次发射。 类似地， 对于二极管， 电子和空穴的随机发射产生噪声。 在晶体管中， 还存在着分配噪声， 也就是离开发射极的载流子在基极和集 电极间所产生的波动。
第四章 噪声与小信号放大器
4.1.2 噪声特性
在讨论噪声的特性时, 以电阻的热噪声为例， 下面的三个 指标是最主要的。
(1) 频谱。 由于电阻中电子的布朗运动产生随机的瞬时小 电流脉冲的持续时间极短， 因此它的频谱可以说在整个无线 电频段上是趋于无穷大的。
第四章 噪声与小信号放大器
(2) 功率谱密度。 由于电流脉冲的随机性, 其大小方向均 不确定, 不能用它们的电流谱密度叠加, 因此引入功率谱密度 S(f)的概念。 功率谱密度S(f)表示单位频带内的功率, 单位是 dBm/Hz(0 dBm表示1 mW功率)。 引入了功率谱， 就可以避免 叠加相位的不确定性。
第四章 噪声与小信号放大器
图4.1.2 白噪声通过线性系统及等效噪声宽度
第四章 噪声与小信号放大器
4.2 电路中元器件的噪声
4.2.1 电阻的热噪声及等效电路
温度为T, 阻值为R的电阻的噪声其电流功率谱密度
SI=4kT
1 R
, 电压功率谱密度SU=SIR2=4kTR, 其中k=1.38×10－23
以电流功率谱表示的噪声功率为
PI
f2 f1
SI
(
f
)df
第四章 噪声与小信号放大器
它是用电流量表示的功率谱密度在频带f2－f1内的积分值。 以 电压量表示的噪声功率为
PU
f2 f1
SU
(
f
)df
它是用电压量表示的功率谱密度在频带f2－f1内的积分值。 也可以用噪声电流均方值I2n和噪声电压均方值U2n示在频带 Δf=f2－f1内单位电阻上的噪声功率。
度So（f）=Si（f）|H（f）|2, 其中|H（f）|2是系统的功率传递函 数。 当白噪声通过线性系统后, 输出噪声均方值电压(或电流)
可表示为
U
2 n
0
Si
(
f
)
H
(
f
)
2
df
Si
H ( f ) 2 df
0
它是输入功率谱密度Si（f）乘以功率传输函数在整个频段内的 积分值。
第四章 噪声与小信号放大器
第四章 噪声与小信号放大器
第四章 噪声与小信号放大器
4.1 噪声来源和特性 4.2 电路中元器件的噪声 4.3 功率信噪比和噪声系数 4.4 射频小信号放大器 4.5 射频小信号调谐放大器 4.6 S参数与放大器设计 4.7 宽频带小信号放大器 4.8 低噪声放大器 4.9 集成器件与应用电路举例 本章小结 思考题和习题
J/K是波尔兹曼常数。 可见， 电阻热噪声的功率谱密度与频率
无关, 因此是白噪声。
第四章 噪声与小信号放大器
计算一个有噪电阻R在频带宽度为B的线形网络内的噪声
时, 可以看做阻值为R的理想无噪电阻与一噪声电流源并联, 或
阻值为R的理想无噪电阻与一噪声电压源串联, 如图4.2.1所示。
其中，
噪声电流均方值
4.1.1 噪声来源
产生噪声的物理机理有很多， 最常见的是热噪声, 也称 为约翰逊噪声或奈奎斯特噪声。这可以通过简单测量一个开路 电阻上的电压来说明。 如图4.1.1所示， 测得的电压u（t）并 不为零。也就是说， 它的平均电压为零， 但瞬时电压不为零。 在温度高于绝对零度的情况下， 电子的布朗运动会产生随机 的瞬时电流， 这些电流会产生随机的瞬时电压， 从而产生噪 声功率。
第四章 噪声与小信号放大器
4.1 噪声来源和特性
通信发射机和接收机的灵敏度通常会受到噪声的限制。 广义上， 噪声的定义为： 除了所希望的信号之外的一切信号。 然而， 该定义没有区分人工噪声（如50 Hz电源线的交流噪声） 和来自于电路内部的难于消除的噪声。 本章要讨论的是后者。
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通常将
H ( f ) 2 df
BL
0
H 2( f0)
称为线性系统的等效噪声带宽， 如图4.1.2所示， 它是高度 为H2(f0)(系统在中心频率点f0的功率传输系统)， 宽度为BL的 矩形。 白噪声通过线性系统后的总噪声功率等于输入噪声功 率谱密度Si（f）与H2（f0）之积再乘以系统的等效噪声带宽 BL。 因此， 系统的等效噪声带宽越大， 输出噪声越大。
I
2 n
4kT
1 R
B
,
噪声电压均方值
U
2 n
4kTRB 。
当多个有噪电阻串联时,
每个有噪电阻用相应
的噪声电压源等效电路表示； 当多个有噪电阻并联时, 每个
有噪电阻用相应的噪声电流源等效电路表示, 如图4.2.2所示。
第四章 噪声与小信号放大器
图4.2.2 有噪电阻的串/ (a) 有噪电阻的并联等效； (b) 有噪电阻的串联等效
第四章 噪声与小信号放大器
与此相同， 若把电阻R的热噪声作为噪声源， 则当此噪 声源的负载与R相匹配时， 能输出最大噪声功率， 此功率可 称为该电阻热噪声源的资用噪声功率， 也称为额定噪声功率。 其值为
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