射頻放大器的增益與噪聲分析

放大器的增益和噪聲7.2放大器的增益

對輸入信號進行放大是放大器最重要的任務，因此在放大器的設計中，增益的概念很重要。7.1.4放大電路的增益?zhèn)鬏敼β试鲆尜Y用功率增益功率增益

圖7.11單級放大器及信號流圖bs參考第174頁

例題7.47.5

1.轉(zhuǎn)換功率增益

2.資用功率增益

3.功率增益 功率增益為

4.單向化功率增益

7.2.2最大功率增益 由于晶體管的增益G0是固定的，放大器的總增益受輸入匹配網(wǎng)絡有效增益GS和輸出匹配網(wǎng)絡有效增益GL的控制。

GS和GL的值可能大于1。當GS和GL的值達到最大化時，放大器可以有最大增益。當輸入匹配網(wǎng)絡與輸出匹配網(wǎng)絡能保證晶體管的輸入和輸出端分別實現(xiàn)共軛匹配時，放大器可以實現(xiàn)最大增益。

在共軛匹配的狀態(tài)下，晶體管既能從源獲得最大輸入功率，又能輸出給負載最大功率。

基于共軛匹配的概念，當

7.2.3晶體管單向情況 當S12=0時，晶體管是單向的。實際應用中，有時可以忽略晶體管自身反饋的影響，視S12≈0。

當晶體管近似為單向時，可以帶來設計上的諸多便利，此時

Γin和Γout彼此獨立，這意味著輸入匹配網(wǎng)絡與輸出匹配網(wǎng)絡無關，可以各自獨立設計。下面在晶體管單向的前提下，討論放大器的增益，同時給出單向化設計帶來的誤差。

1.最大增益 2.固定增益設計和等增益圓 3.單向化設計誤差因子

圖7.12例7.6用圖

7.2.4晶體管雙向情況 當S12≠0且采用單向化設計會產(chǎn)生較大誤差時，就不能忽略晶體管反饋的影響，這時必須考慮晶體管的雙向情況。

由于

所以雙向晶體管的Γin和Γout不再彼此獨立，這使雙向晶體管比單向晶體管的情況復雜。下面在晶體管雙向的前提下，討論放大器的增益。

1.最大增益 當晶體管雙向時，同時滿足式（7.47）和（7.48）可以得到放大器的最大增益。式（7.47）和（7.48）是輸入與輸出同時達到共軛匹配

2.固定增益、等功率增益和等資用功率增益圓 固定增益是指放大器的增益達到某一期望的值，這一期望的值小于放大器的最大增益。對于雙向晶體管來說，固定增益放大器的設計將變得比較復雜。

可以采用固定功率增益法設計放大器，此時預期的放大器功率增益為GP，這一期望的值小于GPmax。也可以采用固定資用功率增益法設計放大器，此時預期的放大器資用功率增益為GA，這一期望的值小于GAmax。

（1）固定功率增益法（2）固定資用功率增益法 在很多情況下，放大器的特性用輸入和輸出電壓駐波比描述，而且電壓駐波比必須保持在特定指標之下。信源與晶體管之間及晶體管與負載之間的失配程度對駐波比有影響，下面討論失配因子及電壓駐波比。7.3輸入、輸出電壓駐波比

7.3.1失配因子 源失配因子定義為

負載失配因子為

7.3.2輸入、輸出駐波分析 放大器如圖7.13所示，輸入、輸出電壓駐波比為

圖7.13放大器輸入及輸出端口的失配7.4放大器的噪聲 設計有源網(wǎng)絡時，需要考慮噪聲問題。對放大器來說，噪聲的存在對整個設計有重要影響，在低噪聲的前提下對信號進行放大是對放大器的基本要求。

前面討論過放大器的穩(wěn)定性和增益，但放大器的低噪聲與放大器的穩(wěn)定性和增益相沖突，例如最小噪聲與最大增益就不能同時達到，因此需要討論噪聲參數(shù)，以便得到最佳設計。

下面，首先介紹噪聲的表示方法和級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲特性；然后在史密斯圓圖上畫出等噪聲系數(shù)圓。

7.4.1等效噪聲溫度和噪聲系數(shù) 一個電阻可能產(chǎn)生的最大資用熱噪聲功率為 PN=kTB（7.99）

圖7.14有噪聲放大器的等效模型