12_小信号高频晶体管放大器

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1、《射频集成电路设计基础》讲义小信号高频晶体管放大器ß引言ß信号流图及其应用ß高频放大器的稳定性ß等增益圆与功率增益ß基于Gp的设计ß参考文献东南大学射频与光电集成电路研究所,Nov-9,2003<<>><>↵1of42引言•高频晶体管放大器分立晶体管的高频放大器设计，同样适用于高频集成电路放大器设计•小信号高频放大器的主要指标–功率或电压增益–稳定性–噪声系数–输入输出端口匹配(反射系数或驻波比)–线性度......•讲义内容–信号流图及其在高频网络分析中的应用–输入输出匹配网络对放大器性能的影响：增益、稳定性、噪声和匹配–传输线理论、阻抗匹配

2、和Smith圆图等技术在高频晶体放大器设计中的应用射频集成电路设计基础>小信号高频晶体管放大器>引言<<>><>↵2of42信号流图及其应用•信号流图的构筑信号流图是表示复杂网络的有效工具，在高频放大器设计中可以用来求解网络的传输和反射参数。信号流图由节点(node)和支路(branch)构成：–每个变量(入射波或反射波)用一个节点表示–节点之间通过支路连接，每条支路代表一个反射系数或S参数–支路具有方向性，即波的传播方向；与独立变量(信号源)节点相连的支路都是离开节点的–一个非独立节点的变量值等于所有进入该节点的支路与其起始节点变量乘积之和，

3、或者简单的说，等于进入该节点的所有支路之和例如a1a1b2S21S11b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2S22S12b1a2a2射频集成电路设计基础>小信号高频晶体管放大器>信号流图及其应用<<>><>↵3of42•放大器的信号流图表示–二端口网络a1b2S21SourceSS1122Load(Generator)S12b1a2–信号源ZS将信号源及其阻抗视为一个单端口网络，进入网络as的方向为入射方向，在该网络与传输线的交界处，VSbsVin=VS–IinZSV−,I−用入射电压和反射电压表示输入电压和电流：ZV+,I+

4、S+−Vin=V+V(1a)VVIinSinZ0−+−+Iin==I–IVZ0–VZ0(1b)射频集成电路设计基础>小信号高频晶体管放大器>信号流图及其应用<<>><>↵4of42所以环路电压方程可以改写为−++−V–VV+V=VS–------------------ZSZ0不难求出反射电压为−Z0ZS–Z0+V=-----------------V+-----------------VSZ+ZZ+Z0SS0把电压对Z0归一化+−VVa=---------,(b=---------2)ssZZ00注意到Z–ZS0---------------

5、--=Γ(3)Z+ZSS0为网络的反射系数射频集成电路设计基础>小信号高频晶体管放大器>信号流图及其应用<<>><>↵5of42最后令bss1bsZV0Sb=-----------------⋅---------(4)ssZ0+ZSZ0ΓS可得到归一化的反射波表达式bs=bss+ΓSas(5)as故有右图所示信号流图–负载端负载也可以看成是一个单端口网络，如图所示aLb=Γa(6)bLZLLLLZ–ZL0这里Γ=-----------------为负载反射系数，因此可以获LZL+Z0ΓLaLbL得相应的信号流图射频集成电路设计基础>小信号高频晶

6、体管放大器>信号流图及其应用<<>><>↵6of42–放大器的信号流图ΓINΓOUTTransistorZSa1a2S11S12bZb12LVSS21S22ΓSΓLbss1a1b2S21ΓSS11S22ΓLS12b1a2射频集成电路设计基础>小信号高频晶体管放大器>信号流图及其应用<<>><>↵7of42•Mason法则放大器的反射系数和传输函数即为信号流图中两个节点变量值之比，例如输入反射系数b1Γ=-----INa1Mason法则指出，流图中两节点(终点与起点)变量值之比为()1()1()2()2P[]1–∑L()1+L()2–…+P[]1

7、–L()1+L()2–…1∑2∑∑T=-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(7)1–∑L()1++∑L()2–∑L()3…公式中所使用的各符号含义如下：–路径：P1,P2等一条路径由一组将起点与终点连接起来的支路构成，每条支路的方向均由

8、起点指向终点；在从起点向终点的移动过程中，路径上任何节点均只能出现一次。例如放大器的信号流图中从bss到b1有两条路径：P1=S11,P2=S21ΓL