《低噪声放大器》原理与设计.ppt
低噪放声放大器设计教学课件PPT
RF
1 L3(cd c0 )
已知管子电容 Cd 和 C0 ，得：
L3
2 RF
1
cd
c0
2. 性能指标
VRiFnin
Vout
(1) 增益 代入MOS管共栅等效电路
Cgs
1 gm
g m vgs
rds
增益
管子跨导 gm
rds 负载 回路谐振阻抗 RP
设线圈L3 的串联损耗电阻是 r
Vo n45V13
⑤ 电压增益 A
低噪放回路带宽
Vo Vbe
BW
n45n13 gm R
f0
其中(
Qe
Qe
R
0 L
)
增加稳定性——抵消极间电容 C (Cbc ) 的影响
添加中和电容
注意反馈的极性
极间电容 C (Cbc )
CN
的反馈通路
中和电容的反馈通路
例5.3.1 1GHZ CMOS 低噪声放大器
Vout Vin
Vout Vin
2Vout 2Vin
Vout Vin
Vin
Vin
差分放大器总增益与单管相同
（2） 带宽
Vin
Vout
电路特点：
选频
输入 输出 并联回路
阻抗变换
带宽？——由两个回路共同决定
① 当两个回路Q值相同时
设每个回路带宽为BW1
BW总 BW1
1. 电路结构：
①场效应管M1和 M2、共栅组态 ②接成双端输入双端输出差动放大器
③输入端采用电感 L1 和 L2
组成匹配网络
④输出端采用LC回路选频
《低噪声放大器设计》课件
采用线性化和稳定化技术，提高放 大器的线性度和稳定性。
低噪声放大器设计的案例分析
我们将分享几个具体的低噪声放大器设计案例，包括设计过程、技术方案和 实际效果分析，帮助您更好地理解和应用低噪声放大器设计。
结语
低噪声放大器设计是通信系统中重要的一环，通过深入研究和应用设计原理 和技巧，我们可以提高系统的性能和可靠性。感谢您的聆听！
《低噪声放大器设计》 PPT课件
噪声放大器设计是通信系统中关键的组成部分，为了提高系统的性能和可靠 性，我们需要深入了解低噪声放大器的设计原理和应用。本课件将介绍低噪 声放大器的基本概念、设计技巧和应用案例。
什么是低噪声放大ห้องสมุดไป่ตู้？
低噪声放大器是一种具有较高信号放大增益且噪声水平较低的放大器。它主 要用于在信号链的前端进行信号放大，从而提升整个系统的信噪比和灵敏度。
低噪声放大器具有宽 频带特性，适用于不 同频段的信号处理。
低噪声放大器的常见应用
无线通信
低噪声放大器在接收机和发射机中广泛应 用，提高通信质量和覆盖范围。
医疗设备
低噪声放大器在医学检测和成像设备中起 到关键作用，提高信号质量和可靠性。
传感器系统
低噪声放大器用于信号采集和处理，提高 传感器系统的灵敏度和精度。
卫星通信
低噪声放大器用于卫星通信系统，提供可 靠的信号接收和转发功能。
如何设计低噪声放大器？
1
放大器电路的优化设计
2
利用合适的电路结构和元件参数，
优化放大器的性能和噪声系数。
3
调试和测试技巧
4
合理调试和测试放大器的工作状态， 确保其性能和可靠性。
前端设计
选择合适的前端元件和电路拓扑， 降低系统的噪声输入。
低噪声放大器工作原理
低噪声放大器工作原理
低噪声放大器是一种能够放大弱信号且尽量减少添加噪声的电子设备。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 信号输入：低噪声放大器的输入端接收来自于传感器或其他信号源的弱信号。
2. 信号放大：接收到的弱信号经过低噪声放大器的放大器部分，通过使用合适的放大电路（如晶体管或运放等），使信号得到放大。
3. 降噪处理：为了减少放大过程中引入的噪声，低噪声放大器通常会采取一系列的降噪处理措施。
例如，可以通过使用低噪声元件、降低放大器的温度、减小放大器的带宽等方式来降低噪声。
4. 输出信号：经过放大和降噪处理后，信号被送到低噪声放大器的输出端。
输出信号可以进一步传递给其他电路或设备，供后续处理和分析。
总的来说，低噪声放大器通过放大输入信号并尽可能地减少噪声水平，提供了清晰、可靠的放大后输出信号。
这使得低噪声放大器在许多领域中广泛应用，如无线通信、生物医学、天文学等。
低噪声放大器..
5） C
C 0 VBC 1 0
n
反偏集电结电容
6） 7）
Ccs 集电结与衬底间的势垒电容
rbb ' 、ree 、 rcc 为各极的体电阻
大倍数下降为 1 时的频率
8） 特征频率 fT 定义为共射输出短路电流放
gm gm fT 2 (C C ) 2 C
3） 有源偏置电路
有源偏置电路具有相 当出色的温度稳定性，但 同时也带来了元件数目增 多，电路结构复杂等缺点。 在放大器的温度稳定性要 求比较高的时候，可以考 虑采用这种偏置电路。
有源偏置电路
3）传输线偏置电路
传输线偏置电路
传输线偏置法可以抑制偶次谐波，并且还可以 改善放大器的稳定性。
固定基流偏置电路
IIP3
Input VSWR
－11.1dBm
1.5
－3dBm
1.2
Output VSWR
隔 离
3.1
21dB
1.4
21dB
从表中可以看出，低噪声放大器的主要指标为： 噪声系数 增益 线性范围
输入输出阻抗的匹配
功耗
输入输出的隔离
以上各项指标并不独立，是相互关联的，在 设计中如何折中，兼须各项在指标，是设计的 重点也是难点。
C gd ---漏极与源极电容
rG 、 rS 、 rD 分别为各极的欧姆电阻，rds 是漏源电
阻， R 是串联栅极电阻 i
对于GaAs FET ，这些参数的典型值为
Ri 7
C gs 0.3 pF
rds 400 Cds 0.12 pF
gm 40mS
C gd 0.01 pF
基极分压射极偏置电路
低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS.ppt
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
（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1dB 压缩的功率。
与源阻抗无关，与负载阻抗有关 ; 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 端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。它表示放 大器增益的最大潜力; 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。
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
1.两端负阻的二极管器件
变容二极管 ：参量放大
隧道二极管：隧道效应 耿氏二极管：转移电子 碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间 特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，
但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定 性较差，调试工作困难。
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.2 噪声的分类
内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声： 电阻的热噪声 额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声： 1/f噪声 散粒噪声 外部噪声， 环境噪声 外部电子干扰噪声
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为： P k T f k T B （1） n 其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，
《低噪声放大器设计》课件
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
目 录
低噪声放大器
低噪声放大器1. 引言低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）是一种广泛应用于无线通信系统中的重要电路器件。
它的主要功能是将来自天线的微弱信号放大到一个足够强度，以便后续电路可以有效地处理。
在无线通信系统中，LNAs通常作为接收链路的第一级放大器，承担着放大微弱信号、增加系统灵敏度、提高信噪比的关键任务。
本文将介绍低噪声放大器的工作原理、性能指标以及常见的设计技术，希望能帮助读者更好地理解和应用低噪声放大器。
2. 工作原理低噪声放大器的工作原理与一般放大器相似，都是通过引入外部直流电源，利用放大元件（例如晶体管）的放大特性，将输入信号放大到所需的幅度。
与一般放大器不同的是，低噪声放大器在设计上注重将输入端的噪声最小化。
这是因为在无线通信系统中，接收链路中的噪声是非常重要的考量因素。
LNAs需要尽可能地放大微弱信号，同时不引入过多的噪声，以保持系统的信噪比。
为了实现低噪声的放大，低噪声放大器采用了一系列的设计技术和电路拓扑。
接下来，我们将介绍一些常见的设计技术。
3. 设计技术3.1 硅锗杂化放大器硅锗杂化放大器是一种常见的低噪声放大器设计技术。
它采用硅和锗两种材料的结合，兼具硅和锗的优点。
硅材料具有良好的集成性能和工艺制造能力，而锗材料具有较高的迁移率和较低的噪声系数。
因此，硅锗杂化放大器能够在保持良好集成性能的同时，实现较低的噪声指标。
3.2 噪声系数优化噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。
为了优化噪声系数，设计者可以采用一系列的技术手段，例如：•尽量采用低噪声的放大元件，例如高迁移率的晶体管；•优化电源的供电电压和电流，以减小噪声；•使用电流源对放大电路进行偏置，以提高放大器的线性度。
3.3 反馈放大器设计反馈放大器是一种常用的放大器设计技术，也可以应用于低噪声放大器的设计中。
通过适当选择反馈回路的参数和拓扑结构，可以有效地减小放大器的噪声系数。
在反馈放大器中，一部分输出信号经过反馈回路与输入信号相叠加，形成反馈信号，从而减小噪声。
微波低噪声放大器的原理与设计
微波低噪声放大器的原理与设计一、实验目的1．了解射频放大器的基本原理与设计方法；2．利用实验模组实际测量以了解放大器的特性；3．学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。
二、实验原理在一个无线接收系统中，为了获得良好的总体系统性能，需要一个性能优越的前端，而低噪声放大器（LNA）就是前端的一个重要组成部分。
低吸声放大器电路结构：低噪声放大器作为射频信号传输链路的第一级，必须满足以下要求：首先，具有足够高的增益及接收灵敏度；其次，具有足够高的线性度，以抑止干扰和防止灵敏度下降；第三，端口匹配良好，信号能够有效地传输。
另外，还要满足有效隔离、防止信号泄漏以及稳定性等方面的要求。
通常，射频电路端口要与50Ω阻抗匹配，为了满足输入端功率匹配条件，一般采用源极串联电感反馈匹配结构，如图15-1所示。
图15-2是该结构的小信号图。
图15-1 源极串联电感反馈匹配结构图15-2 源极串联电感反馈匹配结构的小信号图在图15-1、图15-2中，Lg为栅极串联电感，LS为源极串联电感，Cgs为等效栅源电容。
由图15-2可得：当谐振时有：其中，这种结构用电感来等效实电阻进行阻抗匹配，没有引入过多的噪声，因此被广泛采用。
在频率较高的频段设计制作放大器，通常采用场效应管FET。
影响放大器的噪声系数的因素有很多，除了选用性能优良的元器件外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗，如图15-3所示。
此时，放大器的噪声系数是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也即根据FET的Γopt来进行设计。
为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出匹配电路则采用共轭匹配。
输入匹配电路在达到最佳噪声匹配时，放大器的输入阻抗不一定恰好与信号源阻抗匹配，因而功率放大倍数不是最大。
设计低噪声放大器，首要考虑的是噪声要尽可能低，其次才是增益的问题。
低噪音放大器的原理
低噪音放大器的原理低噪音放大器是一种用于放大微弱信号的电子设备，它的主要特点是在信号放大的过程中尽量减少噪音的产生和干扰。
低噪音放大器广泛应用于无线通信、雷达、医疗仪器等领域，对于提高信号质量和系统性能至关重要。
低噪音放大器的原理基于两个关键方面：电子元件的噪声特性和电路设计的优化。
了解电子元件的噪声特性对于低噪音放大器的设计非常重要。
在电子元件中，噪声可以分为两种类型：热噪声和非热噪声。
热噪声是由于电子元件内部的热运动引起的，其大小与元件的温度有关。
例如，电阻器的热噪声与其阻值和温度成正比。
非热噪声则是由于电子元件结构和工艺引起的，例如晶体管的非热噪声与其结构参数和工艺有关。
电路设计的优化对于低噪音放大器的性能至关重要。
在电路设计中，有几个关键的方面需要考虑。
首先是选择合适的放大器结构。
常见的放大器结构有共射放大器、共基放大器和共集放大器。
其中，共射放大器是最常用的，具有较高的增益和较低的噪声系数。
共射放大器的特点是输入端接地，输出端通过负载电阻与电源电压相连。
该结构的特点使得其具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，适合用于信号放大。
其次是选择合适的工作点。
工作点是指放大器在静态条件下的工作状态。
选择合适的工作点可以使得放大器在放大信号的同时，尽量减小噪声的产生。
通常情况下，工作点选择在晶体管的中间区域，以保证其具有较高的增益和较低的噪声系数。
还需要注意电路的匹配和稳定性。
匹配是指输入端和输出端的阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配，以提高信号传输的效率。
稳定性是指电路对于外部干扰和温度变化的抵抗能力。
为了提高电路的稳定性，可以采用负反馈的方法，将一部分输出信号反馈到输入端，抑制干扰和噪声的产生。
还可以采用一些降噪的技术来进一步减小噪声的影响。
例如，可以使用低噪音的电源和优质的电子元件，以减小噪声的来源。
同时，还可以采用滤波器来滤除噪声信号。
低噪音放大器的原理基于电子元件的噪声特性和电路设计的优化。
通过选择合适的放大器结构和工作点，优化电路的匹配和稳定性，以及采用降噪的技术，可以有效地减小噪声的产生和干扰，提高信号的质量和系统性能。
《低噪声放大器》原理与设计.ppt
入阻抗（即s11）。从理论上讲，一个频率点上，复数阻抗可以 匹配到实数信源阻抗，而整个频带内多个频率点的复数阻抗不
可能都匹配到实数信源阻抗。因此，上述各种匹配电路形式往
往是综合运用的。
输入匹配电路举例
23
级间匹配电路—基本要求 24
其基本任务是使后级微
波管输入阻抗与前级微
波管输出阻抗匹配，以
获得较大增益。在达到
当输入匹配电路不能使信源反射系数S和最佳反
射系数opt（噪声系数最小时的反射系数）相等时， 放大器噪声将增大。由于S是复数，不同的S值有 可能得到相同的噪声系数，在圆图上噪声系数等值 线为一圆，叫等噪声圆。
在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆 15
等噪声源、等增益圆是我们设计输入输出匹配电路，尤其输入 匹配电路的依据。
动态范围是指低噪音放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范 围。动态范围的下限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数 Nf 给定时，输 入信号功率允许最小值是：
Pmin N f (kT0 f m )M
其中：
fm －微波系统的通频带(例如中频放大器通频带)；
M－ 微波系统允许的信号噪声比，或信号识别系数； T0－ 环境温度，293K。 由公式可知，动态范围下限基本上取决于放大器噪声系数，但是也和整
对于实际的低噪音放大器，功率增益通常是指信源和负载都是 50Ω标准阻抗情况下实测的增益。
实际测量时，常用插入法，即用功率计先测信号源能给出的功 率 P1；再把放大器接到信源上，用同一功率计测放大器输出功率 P2， 功率增益就是
G P2 P1
低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹 配点并非最大增益点，因此增益 G 要下降。噪声最佳匹配情况下的 增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低 2－4dB。
《低噪声放大器》课件
作用：提高信号 的信噪比，降低 噪声对信号的影 响
应用场景：无线 通信、雷达、电 子测量等领域
特点：高增益、 低噪声系数、高 线性度、高稳定 性等
工作原理
低噪声放大器是一种用于放大微弱信号的电子设备 工作原理主要是通过放大微弱信号，同时抑制噪声信号 低噪声放大器通常采用低噪声晶体管作为放大元件 低噪声放大器广泛应用于通信、雷达、电子测量等领域
未来发展方向与展望
技术发展趋势：集成化、小型化、低功耗 应用领域拓展：5G通信、物联网、汽车电子等 挑战与机遇：市场竞争激烈、技术更新快、成本压力 创新与突破：新材料、新工艺、新设计 发展趋势预测：市场需求持续增长，技术不断进步，市场竞争加剧
感谢观看
汇报人：
医疗领域：用于 医疗仪器，如心 电图、脑电图等
军事领域：用于 雷达、声纳等设 备，提高探测距 离和精度
科研领域：用于 科学研究，如天 文观测、地震监 测等
05
低噪声放大器性能测试与评估
测试方法与标准
测试环境：温度、湿度、电磁干扰等
测试标准：IEEE、ITU、3GPP等国际 标准
测试设备：信号源、频谱分析仪、噪 声分析仪等
低噪声放大器设 计实例3：采用 集成电路作为放 大器，实现低噪 声放大
低噪声放大器设 计实例4：采用 混合信号电路作 为放大器，实现 低噪声放大
04
低噪声放大器应用
通信系统应用
移动通信：提高信号接收质量，降低噪声干扰 卫星通信：增强信号接收能力，提高通信质量 无线局域网：提高信号接收灵敏度，扩大覆盖范围 广播电视：提高信号接收质量，改善图像和声音效果
单击此处添加副标题
低噪声放大器PPT课件大
纲
汇报人：
目录
低噪声放大电路设计与应用课件
低噪声放大电路设计与应用
电子系统内部固有噪声源
4. 爆裂噪声 (1) 爆裂噪声通常是由一系列宽度不同,而幅度基 本相同的随机电流脉冲组成,脉冲的宽度可在几微 秒到0.1s 量级之间变化,脉冲的幅度约为0.01uA0.001uA量级. (2) 因为脉冲的幅度只是PN结杂质特性的函数,对 于某个特定的半导体器件样品,爆裂噪声的幅度是 固定的,所以通常的爆裂噪声电流只在两种电流值 之间切换. (3) 取决于半导体制作工艺和材料中杂质的情况, 爆裂噪声脉冲出现的频率可在每秒几百个到几分 钟一个之间变化.
En2i Et2
4kTRs f
En2
I
2 n
Rs2
4kTRs f
1
En2
I
2 n
Rs2
4kTRs f
F 1 eN2 iN2 Rs2 4kTRs
只有当Rs为最佳源电阻Rso时, 噪声系数才能
达到其最小值,这种情况称为噪声匹配.
Rso
En In
eN iN
Fmin
1
En I n 2kTB
1
eN iN 2kT
电子系统内部固有噪声源
3. 1/f噪声 1/f噪声是由两种导体的接触点电导的随机涨
落引起的,凡是有导体接触不理想的地方都存在1/f 噪声.因为其功率谱密度正比于1/f,频率越低1/f噪 声越严重,所以1/f噪声又称为低频噪声.
低噪声放大电路设计与应用
电子系统内部固有噪声源
3. 1/f噪声 在碳电阻中,电流必须流过许多碳粒之间的接
低噪声放大电路设计与应用
1.5.1 有源器件的选择
Rso eN / iN
Fmin
1
eN iN 2kT
(1) 低噪声放大器应尽可能选用eN,iN小的器件, 这样才能使Fmin较小.此外还必须考虑到eN,iN以 及噪声系数都是频率的函数,各种低噪声器件
实验低噪声放大器的设计制作与调试总结PPT共78页
1
0、倚南来自窗以寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
实验低噪声放大器的设计制作与调试 总结
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
02低噪声放大器
《通信电子线路》(第 2 版)2．1引言2．2晶体管高频小信号模型2．3LNA主要指标2．4单管低噪声放大器2．5集成宽带低噪声放大器2．6LNA的噪声匹配2．7LNA设计举例2．1 引言•低噪声放大器在接收通道中的作用与位置图2.1.1 某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图2．1 引言•LNA的主要特点1、要求LNA有较低的噪声系数。
2、要求LNA有一定的功率增益。
3、要求LNA具有足够的线性范围。
4、LNA的匹配问题•双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：发射结的结电阻r b’e 、发射结电容C b’e 、集电结电容C b’c 基极电阻r bb’、g m U b’e 、特征频率f T .2．2 晶体管高频小信号模型•r b ’e 为发射结的结电阻，其值为：EQT e e b I U r r )1()1('ββ+=+=•C b ’e 为发射结电容，包含势垒电容C T 和扩散电容C D 两部份，C b ’e = C T + C D•C b ’c 为集电结电容，它也包含势垒电容C T 和扩散电容C D 两部份主要参数：2．2 晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型•r bb ’由基极引线电阻和基区体电阻组成，其值约为几十到几百欧。
•g m U b ’e 表示双极型晶体管放大作用的等效电流源。
mVI r U i g E be Q BE C m 26≈=∂∂=β•特征频率f T ，定义为共射输出短路电流放大倍数β下降为1时的频率m m T C g C C g f 2)(2ππ≈+=主要参数：2．2 晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：跨导g m 、输出电阻r ds 、栅源极间和栅漏极间电容C gs 和C gd 、漏源极间电容C ds 、最高工作频率f m2．2 晶体管高频小信号模型2．2．2场效应管小信号模型•跨导g mDQox th GS GSQ ox m I l WC U U l WC g 22)()(μμ≈−≈µ为迁移率，通常为常数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实际测量时，常用插入法，即用功率计先测信号源能给出的功 率 P1；再把放大器接到信源上，用同一功率计测放大器输出功率 P2， 功率增益就是
G P2 P1
低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹 配点并非最大增益点，因此增益 G 要下降。噪声最佳匹配情况下的 增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低 2－4dB。
NF
1.413 1.585 1.778 1.995 2.239 2.512 2.818 3.162 3.981 10.00
Te(K) 120.9 171.3 228.1 291.6 362.9 442.9 532.8 633.5 873.5 2637
放大器技术指标—功率增益 4
微波放大器功率增益有多种定义，比如资用增益、实际增益、 共扼增益、单向化增益等。
放大器技术指标—端口驻波比和反射损耗 9
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。
放大器技术指标—工作频带 7
考虑到噪音系数是主要指 标，但是在宽频带情况下 难于获得极低噪音，所以 低噪音放大器的工作频带 一般不大宽，较多为20％ 上下。
工作频带不仅是指功率增 益满足平坦度要求的频带 范围，而且还要求全频带 内噪音要满足要求，并给 出各频点的噪音系数。
放大器技术指标—动态范围 8
式中，NF 为微波部件的噪声系数； Sin，Nin 分别为输入端的信号功率和噪声功率； Sout，Nout 分别为输出端的信号功率和噪声功率。
噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器 产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常，噪声系数用分贝数表示，此时
NF (dB) 10 lg( NF )
第六讲 低噪声放大器设计 1
放大器是射频与微波电路中最基本的有源电路 模块。 常用的放大器有低噪声放大器、宽频带放大器 和功率放大器。 本课程只讨论低噪声放大器与功率放大器。 本讲座针对低噪声放大器。
放大器技术指标—噪声系数与噪声温度 2
放大器的噪声系数 NF 可定义如下
NF Sin / Nin Sout / Nout
动态范围是指低噪音放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范 围。动态范围的下限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数 Nf 给定时，输 入信号功率允许最小值是：
Pmin N f (kT0 f m )M
其中：
fm －微波系统的通频带(例如中频放大器通频带)；
M－ 微波系统允许的信号噪声比，或信号识别系数； T0－ 环境温度，293K。 由公式可知，动态范围下限基本上取决于放大器噪声系数，但是也和整
NF(dB) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
NF
1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.230 1.259
Te(K) 6.825 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67.47 75.87 NF(dB) 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 10
suficient1 0
定义：
suficient1 1 S11 2 S1222 2 S12 S 21
1 S11 2 S 22 2 S11 S 22 S12 S 21 2 necessary
2 S12 S 21
放大器在гS 输入平面上绝对稳定的充分必要条件为
放大器的稳定性
10
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，
否则放大器不能稳定工作。
当前级增益 G1 和 G2 足够大的时候，整机的噪声系数接近第一级的 噪声系数。因此多级放大器第一级噪音系数大小起决定作用。作为
成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是 20－50dB 范围。
放大器技术指标—增益平坦度 6
增益平坦度是指工作频带内功率增益的起伏，常用最 高增益与最小增益之差，即△G(dB)表示，如下图所示。
放大器技术指标—噪声系数与噪声温度 3
放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度 Te 来表达。噪声温度 Te 与噪声系数 NF 的 关系是
Te T0 (NF 1)
式中，T0 为环境温度，通常取为 293K。 根据公式（6-3），可以计算出常用的噪声系数和与之对应的噪声温度，如表 6-1 所示。
表 6-1 噪声系数和噪声温度关系
个系统的状态和要求有关。例如，电视机信号微波中继每信道频带fm ＝
40MHz，信号噪音比 M＝10，放大器噪声系数 Nf=1.2(0.8dB)动态范围下限
是 Pmin 7.23 10 9 mW 81dB 。
动态范围的上限是受非线性指标限制，有时候要求更加严格些，则定义为放 大器非线性特性达到指定三阶交调系数时的输入功率值。
功率增益与噪声系数
5
功率增益的大小还会影响整机噪声系数，下面给出简化的多级
放大器噪声系数表达式：
Nf
N f1
N f 2 1 G1
N f 3 1 ... G1G2
其中： N f －放大器整机噪声系数； N f 1，N f 2，N f 3 －分别为第 1，2，3 级的噪声系数；
G1，G2 －分别为第 1，2 级功率增益。从上面的讨论可以知道，