低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADSppt课件.ppt

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1、低噪声放大器仿真与设计（四）8/9/2021主要内容电路噪声的定义二端口网络的噪声系数低噪声放大器基础知识介绍场效应管放大器设计实例BJT放大器设计实例（参考《低噪声放大器设计实例（补充内容_邓建华）》）8/9/2021一、电路噪声的定义与分析1.1什么是噪声？用平均值为零的高斯分布随机变量来描述噪声电压信号的均方根值噪声能表征为任何不希望出现的并且对正在处理的主要信号的干扰信号。噪声的数学表达：8/9/20211.2噪声的分类内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声：电阻的热噪声额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声

2、：1/f噪声散粒噪声外部噪声，环境噪声外部电子干扰噪声一、电路噪声的定义与分析8/9/20211.3热噪声的定义导体中的噪声功率表示为：其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，而是测量系统的噪声带宽电路的噪声电压（1）匹配条件下：（2）由（1）和（2）（3）一、电路噪声的定义与分析8/9/20211.4有噪电阻的等效电路有噪电阻的戴维南等效电路和诺顿等效电路一、电路噪声的定义与分析8/9/20211.5噪声的频域表达形式频谱噪声电压频谱噪声电流频谱密度一、电路噪声的定义与分析8/9/20211.6噪声的叠加关系两个非相关噪声源的叠加两个相关噪

3、声源的叠加一、电路噪声的定义与分析8/9/2021二、两端口网络的噪声系数一个有噪网络可以等效为无噪声网络再加上两个噪声电流源和，然后转换为只有输入端才有噪声源的两端口网络8/9/2021注意：上述处理没有考虑和具有相同噪声机理的事实二、两端口网络的噪声系数8/9/2021前述噪声模型中的可以分解为非相关分量和相关分量，并进行诺顿变换，如下图所示其中源引起的噪声等效噪声电导引起的噪声等效噪声电阻引起的噪声二、两端口网络的噪声系数8/9/2021二、两端口网络的噪声系数因此，可以选择合适的源导纳，使电路噪声系数最小。8/9/2021三、低噪声放大器

4、基础知识1.1低噪声放大器功能概述低噪声放大器是射频／微波系统的一种必不可少的部件，它紧接接收机天线，放大天线从空中接收到的微弱信号。低噪声放大器在对微弱信号放大的同时还会产生附加于扰信号，因此它的设计目标是低噪声，足够的增益，线性动态范围宽。低噪声放大器影响整机的噪声系数和互调特性，分析如下：（2）多个级连网络的总噪声系数：（1）系统接收灵敏度：8/9/2021三、低噪声放大器基础知识1.2放大器工作组态分类A类放大器（导通角360度，最大理论效率50%）用于小信号、低噪声，通常是接收机前端放大器或功率放大器的前级放大。B类（导通角180度，最

5、大理论效率78.5%）和C类（导通角小于180度，最大理论效率大于78.5%）放大器电源效率高，愉出信号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路．由B类和C类放大器还可派生出D类、E类、P类等放大器。8/9/2021三、低噪声放大器基础知识1.3放大器常用元器件1.两端负阻的二极管器件变容二极管：参量放大隧道二极管：隧道效应耿氏二极管：转移电子碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定性较差，调试工作困难。8/9/2021三、低噪声放大器基础知识

6、1.3放大器常用元器件2.三端的晶体管器件双极晶体管（BJT）金属半导体场效应管（MESFET）拟晶态高电子迁移率晶体管（PHEMT）异质结晶体管（HBT）8/9/2021三、低噪声放大器基础知识1.4放大器的技术参数（1）频率范围：放大器的工作频率范围是选择器件和电路拓扑设计的前提。（2）增益：它是放大器的基本指标。按照增益可确定放大器的级数和器件类型。实际功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率之比，与源阻抗无关，与负载阻抗有关;资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比，源端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无

7、关。它表示放大器增益的最大潜力;转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比，与两端阻抗都有关。8/9/2021三、低噪声放大器基础知识实际增益测量时，常用插入法，即用功率计先测信号源能给出的功率P1；再把放大器接到信源上，用同一功率计测放大器输出功率P2，功率增益就是低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，因此增益G要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2－4dB。8/9/2021三、低噪声放大器基础知识（3）噪声系数放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信

8、号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量的变坏程度。级联网络中，越靠前端的元件对整个噪声系数的影响越大，在接收前端：必须做低噪声设