射频放大器的设计(吉大通信)

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1、第8章射频放大器的设计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。放大器的工作状态和分类8.1放大器的偏置网络8.2小信号放大器的设计8.3功率放大器的设计8.4多级放大器的设计8.58.1放大器的工作状态和分类8.1.1基于静态工作点的放大器分类根据静态工作点的不同，放大器可以分为以下4类。（1）A类放大器（2）B类放大器（3）AB类放大器（4）C类放大器图8.1基于静态

2、工作点的放大器分类8.1.2基于信号大小的放大器分类根据信号大小的不同，放大器可以分为小信号工作模式和大信号工作模式，分述如下。（1）小信号分析法当输入交流信号的幅度与恒定偏压值相比是一个小量级时，器件的工作状态近似线性，可以采用小信号分析法。（2）大信号分析法当输入交流信号的幅度很大时，交流信号的工作区域会超出器件的线性工作区域，进入非线性工作区域，引起器件非线性工作，这时用大信号分析法。在小信号及大信号这2种不同的工作模式下，放大器的设计方法不同，本章重点讨论小信号放大器的设计方法。8.2放大器的偏置网络偏置网络的设计是直流电路的设计，偏置电路的作用是在特定的工作条

3、件下为放大器提供适当的静态工作点，以保持放大器工作特性的恒定。8.2.1偏置电路与射频电路之间的连接偏置电路是直流的通路，射频电路是射频交流信号的通路，偏置电路与射频电路是一个放大器中不可分割的两部分，但希望直流的通路与射频交流信号的通路之间能够完全隔离，以消除直流与射频交流信号之间的耦合。为此，偏置电路与射频电路之间的连接可以采取以下3种方案。（1）在直流源与射频电路之间连接一个电感，即通常所说的射频扼流圈（RFC）。射频扼流圈可以有效阻塞射频信号，但对直流可以视为无损耗通路。（2）在直流源与射频电路之间连接一个λ/4的阻抗变换器，阻抗变换器的特性阻抗应很高，可以对射

4、频信号产生很高的阻抗。（3）将一个大电容作为负载接于λ/4阻抗变换器的终端，可以有效地短路可能泄露到偏置电路中的射频信号。大电容在射频频率下呈现短路，经λ/4阻抗变换器后，相当于开路，从而可以隔断射频信号。8.2.2偏置电路的设计偏置电路有许多设计方法，这里举例说明。考察如图8.2所示的2种偏置电路，图中RFC将射频信号与直流电源隔离开。图8.2偏置电路RFC可以更换为λ/4阻抗变换器，这时λ/4阻抗变换器可将大电容CB端口对射频信号的短路状态变换为晶体管端口的开路状态。8.3小信号放大器的设计本节讨论多种小信号放大器的射频电路设计，其中每种放大器都是注重放大器某些方面

5、的特性，如注重增益、噪声系数或带宽等。下面首先给出小信号放大器的设计步骤，然后分别讨论各类小信号放大器的设计。8.3.1小信号放大器的设计步骤（1）根据放大器设计指标的要求，选择合适的晶体管。例如，若设计要求放大器的增益为G，则应选择在要求的频率范围内满足

6、S21/S12

7、>G的晶体管；若设计要求放大器的噪声系数为F，则应选择最小噪声系数Fmin

8、条件，可以参考生产商提供的典型参数值。（4）在工作频率下，用解析法（k>1，

9、Δ

10、<1）检验晶体管的稳定性。如果晶体管不是绝对稳定，应在史密斯圆图上画出输入和输出稳定判别圆，确定稳定区域。（5）考察能否使用单向化设计。若S12=0，可以使用单向化设计；若S12≠0，计算单向化设计误差因子U，如果误差在可允许的范围内，可以使用单向化设计；若S12≠0，但U表明误差超出可允许的范围，使用双向化设计。（6）设计射频输入、输出匹配网络，以达到下面的设计指标要求。●最大增益放大器●固定增益放大器●最小噪声放大器●低噪声放大器●宽带放大器图8.3示出了小信号放大器的设计步骤。图8.

11、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