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第9章放大器的设计《射频电路理论与设计（第2版）》 本章介绍各类放大器的设计。设计放大器首先要选择适当的晶体管，在选择了有特定参量的晶体管后，放大器主要通过设计输入输出匹配网络来实现。本章首先讨论放大器的分类和偏置网络；然后对小信号讨论高增益、低噪声和宽带放大器；最后讨论功率放大器和多级放大器。《射频电路理论与设计（第2版）》放大器的工作状态和分类9.1放大器的偏置网络9.2小信号放大器的设计9.3功率放大器的设计9.4多级放大器的设计9.5《射频电路理论与设计（第2版）》 1.转换功率增益 2.资用功率增益3.功率增益《射频电路理论与设计（第2版）》 4.单向化功率增益《射频电路理论与设计（第2版）》《射频电路理论与设计（第2版）》 8.2.2最大功率增益 由于晶体管的增益G0是固定的，放大器的总增益受输入匹配网络有效增益GS和输出匹配网络有效增益GL的控制。GS和GL的值可能大于1。当GS和GL的值达到最大化时，放大器可以有最大增益。当输入匹配网络与输出匹配网络能保证晶体管的输入和输出端分别实现共轭匹配时，放大器可以实现最大增益。在共轭匹配的状态下，晶体管既能从源获得最大输入功率，又能输出给负载最大功率。《射频电路理论与设计（第2版）》 8.2.3晶体管单向情况 当S12=0时，晶体管是单向的。实际应用中，有时可以忽略晶体管自身反馈的影响，视S12≈0。当晶体管近似为单向时，可以带来设计上的诸多便利，此时《射频电路理论与设计（第2版）》 Γin和Γout彼此独立，这意味着输入匹配网络与输出匹配网络无关，可以各自独立设计。下面在晶体管单向的前提下，讨论放大器的增益，同时给出单向化设计带来的误差。 1.最大增益 2.固定增益设计和等增益圆 3.单向化设计误差因子《射频电路理论与设计（第2版）》《射频电路理论与设计（第2版）》 8.2.4晶体管双向情况 当S12≠0且采用单向化设计会产生较大误差时，就不能忽略晶体管反馈的影响，这时必须考虑晶体管的双向情况。所以双向晶体管的Γin和Γout不再彼此独立，这使双向晶体管比单向晶体管的情况复杂。《射频电路理论与设计（第2版）》 1.最大增益 当晶体管双向时，同时满足式（8.47）和（8.48）可以得到放大器的最大增益。式（8.47）和（8.48）是输入与输出同时达到共轭匹配 2.固定增益、等功率增益和等资用功率增益圆 固定增益是指放大器的增益达到某一期望的值，这一期望的值小于放大器的最大增益。对于双向晶体管来说，固定增益放大器的设计将变得比较复杂。《射频电路理论与设计（第2版）》 可以采用固定功率增益法设计放大器，此时预期的放大器功率增益为GP，这一期望的值小于GPmax。也可以采用固定资用功率增益法设计放大器，此时预期的放大器资用功率增益为GA，这一期望的值小于GAmax。（1）固定功率增益法（2）固定资用功率增益法《射频电路理论与设计（第2版）》 在很多情况下，放大器的特性用输入和输出电压驻波比描述，而且电压驻波比必须保持在特定指标之下。信源与晶体管之间及晶体管与负载之间的失配程度对驻波比有影响，下面讨论失配因子及电压驻波比。8.3输入、输出电压驻波比《射频电路理论与设计（第2版）》 8.3.1失配因子 源失配因子定义为负载失配因子为《射频电路理论与设计（第2版）》 8.3.2输入、输出驻波分析放大器如图8.13所示，输入、输出电压驻波比为图8.13放大器输入及输出端口的失配《射频电路理论与设计（第2版）》8.4放大器的噪声 设计有源网络时，需要考虑噪声问题。对放大器来说，噪声的存在对整个设计有重要影响，在低噪声的前提下对信号进行放大是对放大器的基本要求。前面讨论过放大器的稳定性和增益，但放大器的低噪声与放大器的稳定性和增益相冲突，例如最小噪声与最大增益就不能同时达到，因此需要讨论噪声参数，以便得到最佳设计。《射频电路理论与设计（第2版）》 8.4.1等效噪声温度和噪声系数 一个电阻可能产生的最大资用热噪声功率为 PN=kTB（8.99）图8.14有噪声放大器的等效模型《射频电路理论与设计（第2版）》 8.4.2级连网络的等效噪声温度和噪声系数图8.152级放大器的级连《射频电路理论与设计（第2