放大器设计入门

射频放大器指标－稳定性

当输入输出稳定性圆在复平面上确定下 来以后，我们如何判断究竟哪个区域是 稳定的呢？
射频放大器指标－稳定性
如上图，虚线构成的圆表示输入反射系 数|Gamma(out)|＝1的圆，也就是稳定 性判断的临界圆。 实线构成的圆是|Gamma(s)|=1的圆，实 际电路中Gamma(s)均在圆内，<1。 一般放大器S22都<1，我们这里也假定 S22<1。当出现>1的情况是，用下面的 方法反推就可以了。
Γ
out,
Γ
in ,
Γ
s ,
Γ
L
射频放大器指标—增益

Γ
如果将放大器作单向化设计(S12=0)， Gamma(in)和Gamma(out)就是S11和 S22.当(S12≠0)时,它们分别为:
out,
Γ
in ,
Γ
s ,
Γ
L
射频放大器指标—增益

Γ
oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt,
Γ
in ,
Γ
s ,
Γ
L
Gamma(s)和Gamma(L)是独立于放大器 的,只和源、负载、输入输出匹配网络相 关。 Gamma(in)和Gamma(out)不但和放大器 相关，还与Gamma(s)、Gamma(L)有 关系。

射频放大器指标－稳定性

其中，圆心坐标为：
圆半径为：
Δ=S11S22-S12S21
射频放大器指标－稳定性

同理，我们考察输出反射系数，也能得 到一个稳定临界条件的圆。
射频放大器指标－稳定性
由上面的推导可知，当放大器的偏置条 件确定后，其S参数确定，此时它的输入 输出稳定性圆也都确定下来了。 设计中我们需要做的就是调整源和负载 的匹配电路，使其Gamma(L)和 Gamma(s)落在输入输出稳定区间内
当输入共轭匹配的时候，功率增益等于转 换功率增益。其他情况功率增益都大于 转换功率增益。
射频放大器指标—增益

功率增益
因为Gamma(in)只与Gamma(L)有关系， 由上面的公式可知功率增益与Gamma(L) 相关，与源反射系数无关。
射频放大器指标—增益

功率增益 功率增益只与负载反射系数相关，因此 在smith圆图上，我们可以做出一组相对 与负载反射系数的等功率增益圆。例子 详见下文ADS仿真，推导过程请参考射 频电路设计---理论与应用。

资用功率增益
放大器的资用功率 GA= 信号源的资用功率
负载端口共轭匹配的情况下转换功率增益 就是资用功率增益，其他情况转换功率 增益都小于资用功率
射频放大器指标—增益

资用功率增益
由于Gamma(out)只与Gamma(s)有关， 当源反射系数Gamma(s)确定之后，资 用功率增益也就确定了。
射频放大器分类
我们在设计放大器的时候，还需要 考虑倒效率的问题。特别是现在的移动 设备，很多都是采用电池供电的，能量 有限。 A类放大器的效率最高只能到50％， B类能到78.5％，C类理论上能到100％。 实际设计中，效率和失真需要兼顾。
射频放大器指标
增益 稳定性 噪声系数 带内波动 输入输出驻波 非线性
射频放大器指标—稳定性

放大器的稳定性是其重要指标，如果不 稳定，则工作时有可能自激而烧毁。 因此，放大器电路必须满足的首要条件 之一是在其工作频段内的稳定性。

射频放大器指标－稳定性

放大器稳定的条件是： |Gamma(s)|<1; |Gamma(L)|<1; |Gamma(in)|<1; |Gamma(out)|<1;
射频放大器指标—增益
增益：放大器最基本的指标，其根本目的 就是为电路提供一定的增益。 放大器增益有三种定义： 转换功率增益 GT（Transducer Power Gain) 资用功率增益 GA (Avaible Power Gain) 功率增益 Gp (Power Gain)
射频放大器指标—增益
射频放大器分类
B类：在半个信号周期那有电流流过负载， 导通角为180度
射频放大器分类
AB类：结合了A类和B类工作状态的特点， 其导通角在180～360度之间
射频放大器分类
C类：导通角小于180度，输出信号的失真 最大
射频放大器分类
Question： 既然A类放大器失真最小，那为什么 还需要让放大器工作在别的状态呢？

射频放大器指标—增益

Γ
out ,
Γ
in ,
Γ
s ,
Γ
L
在公式推导中，我们会大量使用到上面几 个符号。他们分别表示输出、输入、源、 负载的反射系数，都是以50欧姆的特征 阻抗归一化的。
射频放大器指标—增益

为了书写的方便，本文档用Gamma代替希腊字 母Γ,ADS中也是这么使用的。 在公式推导过程中，输入输出匹配网络将被并入 源和负载，看作一个整体。因此， Gamma(s)---Γs表示源和输入匹配网络构成的电 路相对50欧姆特征阻抗的反射系数。 Gamma(L)---ΓL也是同样定义的。
射频放大器指标—增益

资用功率增益 资用功率增益只与源反射系数相关，在 smith圆图上，我们可以做出一组相对于 Gamma(s)的等资用功率增益圆。例子 详见下文ADS仿真，推导过程请查询相 关书本，如：射频电路设计－－理论与 应用。
射频放大器指标—增益

功率增益
负载吸收的功率 GP 放大器的输入功率

转换功率增益：
负载吸收的功率 GT 信号源的资用功率
这个定义应该是我们平时使用最多的。其 表示在不加外输入输出匹配的条件下， 50欧姆负载处吸收的功率＝源资用功率 ×转换功率增益。
射频放大器指标—增益

转换功率增益
转换功率增益和放大器，源反射系数、负 载反射系数都有关系
射频放大器指标—增益
射频放大器指标－稳定性

在实际的电路中，源和负载的反射系数 都小于1。因此，我们只要确保输入输出 反射系数均小于1即可。
射频放大器指标－稳定性
我们先考察输入反射系数，其稳定的临界 条件为|Gamma(in)|＝1。 此方程的解Gamma(L)是一个圆。其圆方程 为： 其中上标R和L分别代表实部与虚部。Cout 代表圆心，Rout代表半径。
射频放大器设计入门
Agenda

射频放大器分类


射频放大器指标 ADS辅助设计
射频放大器分类
射频放大器按照其导通角的大小，可以分 为：A类,B类,AB类,C类等。导通角对应于 一个信号周期内有电流流过负载的时间。
射频放大器分类
A类：在整个信号周期内都有电流流过负 载，导通角为360度，信号失真最小