射频通信电路低噪放用S参数设计放大器55精

放大器的稳定性有2种情况 无条件稳定
对于任何无源匹配网络，只要 S 1,
晶体管就一定有 in 1 和 out 1
----无条件稳定放大器 条件稳定
L 1,
只能对某些条件下的
S
和
，放大器才是稳定的
L
----条件稳定放大器
本书仅讨论无条件稳定情况
构成放大器的晶体管，当满足：
S11S22 S12S21 1
当网络的反向传输为0或很小，可以忽略时，即
S12 0 时，网络为单向传输，此时in S11
此时，网络的单向变换器功率增益为
S21 2 1 S 2 1 L 2
GTU 1 S11S 2 1 S22L 2
3、资用功率增益（availabie power gain ）
当放大器输出端也达到共轭匹配：Z L
5.5 用 S 参数设计放大器
S参数设计方法是将晶体管看作是一个黑匣子,只知道 它的端口参数,而从系统或网络的角度出发来设计放大器
5.5.1 S参数与功率传输（在图示的线性网络中，推导功率 传输与S参数的关系）
V1
Z0
以特性阻抗Z0为参考，各端口的阻抗和反射系数 可相互表示
信号源端
S
ZS ZS
Z0 Z0
按照增益要求设计放大器的方法
在图5.5.2所示的典型放大器结构中，当其 信号源端实现共轭匹配时放大器输入端获得最 大功率----输入资用功率，其变换器功率增益 为
GT
1 S 2 1 S in 2
s21 2
1 L 2 1 S22L 2
GS G0 GL
输入 网络 增益
晶体管 增益
输出 网络 增益
调谐放大器中常 采用降低放大器 增益的方Байду номын сангаас来提 高稳定性----失 配法
什么样的系统是稳定的？ 从反射系数的角度，只有当反射系数的模小于
1，即 1系统才是稳定的。
对图5.5.2所示的放大器，共有4个反射系数， 只有当这4个反射系数的模均小于1时，才是稳定 的。 即须满足：
S 1,
以及
L 1
in
典型放大器的结构(如图5.5.2，P.188.),划分为 三大部分
输入网络----实现信号源与放大器(或线性模块) 之间的阻抗变换
晶体管(或线性模块) 输出网络----实现放大器与负载之间的阻抗变换
设计放大器，首先要保证其工作稳定，其次才是
达到指标
高频放大器，增益固 然是其主要指标，但 这只有在放大器稳定 工作时，才有意义
当晶体管与输入、输出网络之间达到共轭匹 配，即
S *in ,
L
* out
时，输入、输出匹配网络的增益达到最大值
1 S 2
GS max 1 S in 2
1
1 in
2
S *in
GL max
1
1 out
2
特别对于 S12 0 且 S11 1, S22 1
1、功率增益（或工作功率增益，operating power gain）
定义：网络的输入输出端为任意阻抗值时，负载 得到的实际功率与输入网络的实际功率之比
GP
PL Pin
S21 2 1 L 2 1 S22L 2 1 in
2
2、变换器功率增益（transducer power gain）
当放大器输入端与源共轭匹配： Zin
Zin
Z0
1 in 1 in
由
V1
VS ZS Zin
Zin
VS 1 ZS
Zin
VS
1
Z0 Z0
1 1 1 1
S S in in
V1i
1 in
得
V1i
VS 2
1 S 1 S in
代入后得
Pin
VS 2 4Z0
1 S 2 1 sin 2
1 in 2
同理，负载阻抗上得到的功率为
ZL上的入射
Z
* S
或
in *S 时
信号源输入放大器的功率最大（资用功率， available power）为
PA
Pin
in *S
VS 2 4Z0
1 S 1 S
2 2
负载所得功率与该资用功率之比即为变换器功率 增益，为
GT
PL PA
S21 2 1 L 2 1 S 2 1 S22L 2 1 Sin 2
与
L
有关，
当 L
* out
时，又有
1 Sin
2 L *out
1 S11S 2 1 S22*out 2
1 out 2
2
资用功率增益定义为：网络输入、输出端均 匹配时的增益，其值为
PL L *out
G A
P A
S21 2 1 S 2
1 S 11S 2 1 out 2
5.5.2 放大器的稳定性
S11
S12 S21 L 1 S22L
1
out
S22
S12S21S 1 S11S
1
可见，选定了晶体管，确定了工作频率和偏置 后，晶体管的S参数值已定，影响放大器稳定
性的因素就是输入网络的反射系数 S 和输出
网络的反射系数 L
讨论放大器的稳定性，是在一定的工作频率和 偏置条件下进行的，当这些条件变化了，稳定 性也会变化
PL
V22 ZL
1
Z0
V2r 2
1 L 2
将
V 2r S21V1i S22V2r ,
V
2r
1
S21 S22
L
V1i
以及
V1i
VS 2
1 S
1 S in
代入即得
PL
VS 2 4Z0
S21 2 1 L 2 1 S 2 1 S22L 2 1 Sin 2
根据线性网络输入、输出端阻抗匹配情况，定义了 三种功率增益
Z* out
时，
也即
L 时*ou，t 负载得到最大功率，为
PL L *out
VS 2 4Z0
S21 2 1 out 2 1 S 2 1 S22*out 1 S in 2
因
in
V1r V1i
S11
S12 S 21 L 1 S22L
out
V2r V2i
S22
S12S21 S 1 S11S
可知 in
网络输入输出端
in
Zin Zin
Z0 Z0
和
out
Z out Z out
Z0 Z0
输出负载端
L
ZL ZL
Z0 Z0
信号源电动势的有效值为VS
网络输入功率为
Pin
V1 2 Zin
1
Z0
V1i 2
1 in 2
其中：V1网络输入端电压，Zin为输入阻抗
V1 V1i V1r V1i 1 in
以及
k
1
S11 2
S 22
2
2
1
2 S12 S21
Rollett因数
时，放大器是无条件稳定的
对于单向传输晶体管，一定有 k 则当
S11 1, S22 1时，又满足 1 由此晶体管
构成的放大器必定是无条件稳定的。
下面讨论由这样的晶体管构成放大器的设计方 法。
5.5.3 按照增益要求设计放大器 介绍:采用单向传输且无条件稳定的晶体管,