第8章-射频放大器的设计吉大通信.pptVIP

图8.13 例8.10用图 图8.14 平衡放大器 8.4 功率放大器的设计 前面只讨论了小信号放大器。小信号放大器输入信号功率足够小，可以假定晶体管是线性器件，此时放大器的设计是基于小信号的S参量进行的。 功率放大器是大信号放大器。由于信号幅度比较大，晶体管时常工作于非线性区域，在这种情况下，小信号S参量本身对大信号放大器通常失效，此时需要求出晶体管大信号时的相应参数，以便得到放大器的合理设计。 功率放大器可以设计为A类放大器、AB类放大器、B类放大器或C类放大器。当工作频率大于1GHz时，常使用A类功率放大器。下面讨论A类功率放大器的设计及交调失真。 8.4.1 A类放大器的设计 1. 大信号下晶体管的特性参数 （1） 1dB增益压缩点 小信号线性功率增益记为G0dB，1dB增益压缩点相应的增益记为G1dB，即 G1dB=G0dB－1dB（8.20） 图8.15 功率放大器输入功率与输出功率的关系 （2） 动态范围DR 相对于最小输入可检信号功率Pin,mds，相应的最小输出可检信号功率Pout,mds必须大于噪声功率方可检测到。 为检测得到输出信号，假定Pout,mds比输出热噪声PNo高XdB(通常XdB取3dB)。 功率放大器的动态范围定义为 DR=Pout,1dB－Pout,mdsdB（8.23） （3） ΓSP和ΓLP ΓSP和ΓLP是晶体管在1dB增益压缩点时源和负载的反射系数。 （4） 等功率线 在史密斯圆图上，作为负载反射系数ΓLP的函数的等输出功率点，构成等功率线。由于晶体管的非线性，等功率线通常不是圆。 2. A类功率放大器的设计 （1） 利用小信号S参量设计 （2） 利用大信号S参量设计 （3） 利用ΓSP和ΓLP设计 （4） 利用等功率线设计 图8.16 例8.11用图 8.4.2.交调失真 1. 三阶截止点IP 在非线性放大器的输入端加2个或2个以上频率的正弦信号时，在输出端会产生附加频率分量，这会引起输出信号的失真。 由图8.17可以看出，三阶交调输出功率随输入功率变化的斜率为3，线性产物输出功率随输入功率变化的斜率为1，说明当输入功率增大时，三阶交调输出功率比线性产物输出功率增长得快。 图中延伸三阶交调与线性产物的线性区，可以得到2条曲线的假想交叉点，这个假想交叉点称为三阶截止点IP，IP点的输出功率值为PIP。IP点的功率值PIP越大，放大器的动态范围越大，功率放大器希望有高的IP点。 图8.17 输入输出功率关系及三阶截止点 当三阶交调信号等于最小输出可检信号功率Pout,mds时，线性产物输出功率与三阶交调输出功率的比值称为无寄生动态范围DRf。 若频率f1的线性产物输出功率用Pf1表示，三阶交调2f1－f2的输出功率用P2f1－f2表示，则DRf为 DRf=Pf1/P2f1－f2=Pf1/Pout,mds（8.28） 或 DRf=Pf1－Pout,mdsdB （8.29） 8.5 多级放大器的设计 图8.18 N级BJT放大器电路 （1） 总功率增益GA （2） 总噪声系数F （3） 三阶截止点功率PIP 4） 最小输出可检信号功率Pout,mds （5） 1dB增益压缩点的输出功率Pout,1dB （6） 动态范围DR 图8.3 小信号放大器的设计步骤 8.3.2 最大增益放大器的设计 最大增益放大器，需要考虑单向化设计和双向化设计2种情况。 无论是单向化设计还是双向化设计，都要保证信源与晶体管之间以及晶体管与负载之间达到共轭匹配，这导致ΓS和ΓL的取值是唯一的。当得到ΓS和ΓL后，可以设计输入、输出匹配网络，并可以得到最大增益的数值。 图8.4 例8.1用图 图8.5 例8.2用图 8.3.3 固定增益放大器的设计 固定增益是小于最大增益的某一特定值。在许多情况下，设计要求达到固定增益而不是最大增益，以便兼顾放大器的其他指标或满足放大器增益的设定值。 固定增益放大器的设计需要考虑单向化设计和双向化设计2种情况，下面分别给出设计过程。 单向化设计需要根据指标要求分配GS和GL的取值，并根据GS和GL取值画出输入、输出等增益圆。 在输入等增益圆上任选满足稳定性的ΓS，在输出等增益圆上任选满足稳定性的ΓL，以此为依据完成输入、输出匹配网络的设计。此时，满足增益要求的ΓS和ΓL可有多种选择，不是唯一