《射频与微波放大器设计课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射频与微波放大器设计课件（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、u射频与微波放大器设计射频与微波放大器设计p射频和微波放大器设计射频和微波放大器设计的基本考虑的基本考虑1 1 功率或信号电平功率或信号电平小信号小信号大信号大信号 ( (高功率高功率) )2 2 工作带宽工作带宽窄带窄带宽带宽带3 3 增益增益 高增益高增益 ( (窄带窄带) )常数增益常数增益 ( (宽带宽带) )4 4 噪声噪声低噪声低噪声5 5 多级放大器多级放大器u射频与微波放大器设计射频与微波放大器设计o基本设计方法基本设计方法采用采用S S参数来进行设计参数来进行设计p微波放大器用基本器件微波放大器用基本器件双极晶体管双极晶体管 ( (较低频率较低频率) )场效应管场效应管( (
2、较高频率，可以一直工作到毫米波较高频率，可以一直工作到毫米波段）段）射频与微波放大器设计射频与微波放大器设计放大器的分类放大器的分类A A 类（甲类）放大器类（甲类）放大器 A A 类（甲类）放大器的特点是，在整个信号周期内，放类（甲类）放大器的特点是，在整个信号周期内，放大器都工作于晶体管的工作区。大器都工作于晶体管的工作区。B B 类（乙类）放大器类（乙类）放大器B B 类放大器的特点是，在放大器的工作过程中，大约半类放大器的特点是，在放大器的工作过程中，大约半个信号周期的时间工作于晶体管的工作区。个信号周期的时间工作于晶体管的工作区。u射频与微波放大器设计射频与微波放大器设计放大器的分类
3、放大器的分类AB AB 类（甲乙类）放大器类（甲乙类）放大器在小信号时，放大器为在小信号时，放大器为A A类工作，在大信号时，放大器类工作，在大信号时，放大器为为B B类工作的放大器称为类工作的放大器称为ABAB类放大器。类放大器。 C C 类（丙类）放大器类（丙类）放大器放大器在整个信号周期内，晶体管在工作区工作的时间放大器在整个信号周期内，晶体管在工作区工作的时间明显少于半个信号周期的放大器为明显少于半个信号周期的放大器为C C类放大器。类放大器。u小信号放大器设计小信号放大器设计o小信号放大器设计的基小信号放大器设计的基本步骤本步骤 选择适当的器件或芯片选择适当的器件或芯片工作频率工作频
4、率增益增益噪声噪声功率电平功率电平直流偏置设计直流偏置设计偏置电压（偏置电压（Q Q点）的选择点）的选择一般来说，放大器直流一般来说，放大器直流偏置电压对于应该选择偏置电压对于应该选择在在IC-VCEIC-VCE曲线（双极晶曲线（双极晶体管）或体管）或ID-VDSID-VDS曲线曲线（场效应管）的中部，（场效应管）的中部，以保证晶体管在工作区以保证晶体管在工作区（双极晶体管）或饱和（双极晶体管）或饱和区（场效应管）工作。区（场效应管）工作。 u小信号放大器设计小信号放大器设计直流偏置电路的设计直流偏置电路的设计直流偏置电路的设计原则应该是：直流偏置的引入对微直流偏置电路的设计原则应该是：直流偏
5、置的引入对微波和射频信号没有影响，即一方面要防止微波和射频信波和射频信号没有影响，即一方面要防止微波和射频信号从偏置泄漏，干扰偏置回路的正常工作，同时也要防号从偏置泄漏，干扰偏置回路的正常工作，同时也要防止外界干扰信号通过偏置回路影响微波和射频系统的工止外界干扰信号通过偏置回路影响微波和射频系统的工作。作。因此直流偏置回路应该是一个低通滤波器，并且在与微因此直流偏置回路应该是一个低通滤波器，并且在与微波回路相关的连接处向直流偏置看去的输入阻抗应该为波回路相关的连接处向直流偏置看去的输入阻抗应该为近似开路。近似开路。 u小信号放大器设计小信号放大器设计u小信号放大器设计小信号放大器设计u小信号放
6、大器设计小信号放大器设计稳定性分析稳定性分析l稳定性判据稳定性判据绝对稳定绝对稳定条件稳定条件稳定采用负反馈、电阻加载采用负反馈、电阻加载等措施等措施 n注意：注意：不但要考虑工作带宽内不但要考虑工作带宽内的稳定性，也要考虑工的稳定性，也要考虑工作带宽外的稳定性作带宽外的稳定性匹配网络的设计匹配网络的设计l根据不同放大器的要求，根据不同放大器的要求，进行匹配网络的设计。进行匹配网络的设计。带宽的考虑带宽的考虑双向还是单向设计双向还是单向设计增益与噪声设计的平衡增益与噪声设计的平衡级间匹配（共轭匹配）级间匹配（共轭匹配）u小信号放大器设计小信号放大器设计o窄带放大器设计窄带放大器设计工作带宽小于
7、工作带宽小于10%10%的放大器可认为是窄带放大器的放大器可认为是窄带放大器窄带放大器分类窄带放大器分类最大增益放大器最大增益放大器高增益放大器高增益放大器最低噪声放大器最低噪声放大器u高增益放大器设计举例高增益放大器设计举例例例 15.1 15.1设计一工作频率为设计一工作频率为3GHz3GHz，增益为，增益为15dB15dB的放大器，选择如下的放大器，选择如下S S参数的双极晶体管（参数的双极晶体管（VCE=4V VCE=4V ，IC=5mAIC=5mA）：）：解解u最大增益放大器设计最大增益放大器设计 最大增益放大器实际上是高增益放大器设计的特例最大增益放大器实际上是高增益放大器设计的特
8、例设计过程实际上是实现对输入和输出端的共轭匹配设计过程实际上是实现对输入和输出端的共轭匹配当当S S121200时，采用单向设计应该核对设计误差是否满足时，采用单向设计应该核对设计误差是否满足指标误差要求指标误差要求设计举例设计举例 u 低噪声放大器低噪声放大器 (LNA)(LNA)设计设计设计考虑设计考虑设计的主要目标是使放大器的在噪声低于规定设计的主要目标是使放大器的在噪声低于规定值的前提下，尽可能获得较高的增益。值的前提下，尽可能获得较高的增益。 大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同时大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同时出现！出现！u 低噪声放大器低噪声放大器 (LNA)(LN
9、A)设计设计基本设计步骤基本设计步骤设计的前五个步骤与其它类型的放大器是相同，此后，设计的前五个步骤与其它类型的放大器是相同，此后，有有 (1)(1)计算输入和输出匹配网络的分配增益。计算输入和输出匹配网络的分配增益。(2)(2)将常数噪声圆、源（输入）常数增益圆绘在同一张将常数噪声圆、源（输入）常数增益圆绘在同一张SmithSmith圆图上。圆图上。(3)(3)选择与预设的常噪声系数圆相交的输入（源）常增益选择与预设的常噪声系数圆相交的输入（源）常增益圆，作为增益设计的考虑，设计时应考虑到带宽的要圆，作为增益设计的考虑，设计时应考虑到带宽的要求。求。 u 低噪声放大器低噪声放大器 (LNA)
10、(LNA)设计设计(4) (4) 在选定的输入常数增益圆上选择在预定噪声圆内的在选定的输入常数增益圆上选择在预定噪声圆内的S S值，设计输入匹配网络。值，设计输入匹配网络。(5) (5) 根据增益和带宽要求，选择根据增益和带宽要求，选择L L 值，设计输出匹配网值，设计输出匹配网络。络。l设计举例设计举例 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 1 1 宽带放大器的定义宽带放大器的定义在宽带范围（一个倍频程甚至十个倍频程）内具有平坦在宽带范围（一个倍频程甚至十个倍频程）内具有平坦响应的放大器为宽带放大器。响应的放大器为宽带放大器。2 2 宽带放大器设计的基本考虑宽带放大器设计的基
11、本考虑 设计的基本方法与前面研究的高增益放大器的基本设计设计的基本方法与前面研究的高增益放大器的基本设计方法是相同的。方法是相同的。由于器件参数和匹配网络特性随频率变化，宽带放大器由于器件参数和匹配网络特性随频率变化，宽带放大器的设计比高增益放大器的设计复杂。的设计比高增益放大器的设计复杂。 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 宽带放大器的设计考虑宽带放大器的设计考虑l晶体管的晶体管的 |S|S2121| | 和和 |S|S1212| | 随频率变化的规律随频率变化的规律 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 宽带放大器的设计考虑宽带放大器的设计考虑l宽工作频
12、带范围内的稳定性宽工作频带范围内的稳定性K K因子依赖于因子依赖于|S|S1212S S2121| |的乘积，因此放大器的稳定性依赖的乘积，因此放大器的稳定性依赖于于|S|S1212S S2121| |随频率变化曲线的平坦度。随频率变化曲线的平坦度。lS S1111 和和 S S2222在整个工作频率范围的变化在整个工作频率范围的变化直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。输入和输输入和输出匹配网络的特性本身随频率变化。出匹配网络的特性本身随频率变化。 l噪声系数在宽频带内的变化特性噪声系数在宽频带内的变化特性影响工作频带内的噪声特性影响工作频带内的噪声
13、特性 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计3 3、宽带放大器设计的主要方法、宽带放大器设计的主要方法（1 1）匹配补偿技术）匹配补偿技术（2 2）综合网络设计技术）综合网络设计技术（3 3）平衡放大器技术）平衡放大器技术（4 4）负反馈技术）负反馈技术 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 匹配补偿设计技术匹配补偿设计技术基本设计思想基本设计思想在放大器匹配网络的设计中，根据晶体管增益在放大器匹配网络的设计中，根据晶体管增益随频率的变化特点，在输入和输出匹配网络的随频率的变化特点，在输入和输出匹配网络的设计过程中，引入适当的失配（一般是使高频设计过程中，引入适当
14、的失配（一般是使高频端尽可能匹配，低频端适当失配），使放大器端尽可能匹配，低频端适当失配），使放大器在整个频率范围内达到增益平衡的目的。在整个频率范围内达到增益平衡的目的。设计举例设计举例 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 平衡放大器设计平衡放大器设计 l平衡放大器电原理图平衡放大器电原理图 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计 平衡放大器平衡放大器的工作原理的工作原理(1) (1) 端口端口1 1的输入功率通过的输入功率通过3dB3dB输入定向耦合器，在端口输入定向耦合器，在端口2 2和和3 3等分输出，相位相差等分输出，相位相差90900 0。在理想情况下，
15、端口。在理想情况下，端口4 4没有没有功率输出。功率输出。(2) (2) 放大器放大器 a a 和和 放大器放大器 b b 分别对端口分别对端口2 2和端口和端口3 3的输出功的输出功率进行放大，由于两个放大器的特性是一样的，因此，率进行放大，由于两个放大器的特性是一样的，因此，放大后的信号仍然是大小相等，相位相差放大后的信号仍然是大小相等，相位相差90900 0。(3) (3) 在输出在输出3 3分贝定向耦合器的输入口，由放大器分贝定向耦合器的输入口，由放大器b b输出的输出的信号比放大器信号比放大器a a的输出信号滞后的输出信号滞后90900 0，经过输出定向耦合，经过输出定向耦合器后，在
16、输出定向耦合器的端口器后，在输出定向耦合器的端口2 2，合成信号的振幅相，合成信号的振幅相等，相位相差等，相位相差1801800 0，端口，端口2 2没有输出，而端口没有输出，而端口3 3合成的信合成的信号振幅相等，相位相同，即合成信号从端口号振幅相等，相位相同，即合成信号从端口3 3输出。输出。宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计平衡放大器的优点平衡放大器的优点l反射系数反射系数 如果两个放大器特性是完全一致的（平衡），则整个放如果两个放大器特性是完全一致的（平衡），则整个放大器是完全匹配的。因此平衡放大器允许各放大器的输大器是完全匹配的。因此平衡放大器允许各放大器的输入和输出口
17、是失配的。入和输出口是失配的。l增益增益 在理想情况下，整个放大器的增益等于单支路放大器的在理想情况下，整个放大器的增益等于单支路放大器的增益增益 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计平衡放大器的优点平衡放大器的优点l功率容量功率容量合成输出功率能力是单个放大器的两倍合成输出功率能力是单个放大器的两倍l可靠性可靠性即使有一路放大器损坏，仍然可以工作（增益将下降即使有一路放大器损坏，仍然可以工作（增益将下降6dB6dB）设计举例设计举例 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术负反馈技术对于宽带（宽达对于宽带（宽达2020倍频程）、低增益变化的放倍频程）、低
18、增益变化的放大器，负反馈是一项非常有效的技术。负反馈大器，负反馈是一项非常有效的技术。负反馈技术唯一的缺点是由于在反馈回路中有电阻，技术唯一的缺点是由于在反馈回路中有电阻，因此必然使噪声增加，增益降低因此必然使噪声增加，增益降低。 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术负反馈技术u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术负反馈技术反馈放大器的分析反馈放大器的分析反馈放大器的等效电路反馈放大器的等效电路 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术负反馈技术分析：分析：由图由图15.19b15.19b，负反馈放大器的导纳矩阵，负反馈放
19、大器的导纳矩阵 Y Y 为为其中其中 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（分析）负反馈技术（分析）得出得出S S参数参数其中其中 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（分析）负反馈技术（分析）输入和输出口无反射，输入和输出口无反射，有有即即或或 由此得到由此得到 公式公式 15.19b 15.19b 表明了两表明了两个反馈电阻个反馈电阻R R1 1和和R R2 2满足输满足输入和输出口无反射所必入和输出口无反射所必须的条件。须的条件。 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（分析）负反馈技术（分析）l负反馈放大器的增益负
20、反馈放大器的增益适合于并适合于并- -串反馈设计的三极管的条件串反馈设计的三极管的条件R R1 1的值总是正值（即的值总是正值（即R R1 100），考虑最坏情况，即），考虑最坏情况，即 R R1 1=0,=0,由公式由公式 15.9b,15.9b,得到得到( (g gm m) )minmin的值的值 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（分析）负反馈技术（分析）匹配条件下匹配条件下( (g gm m) )minmin的简单表达式：的简单表达式：将式将式15.9c15.9c中的中的R R2 2代入式代入式15.2015.20，有，有 u由公式由公式 15.19c 15
21、.19c 可以看出，一旦晶体管满足可以看出，一旦晶体管满足( (g gm m) )minmin情况，情况，增益增益S S2121只与反馈电阻只与反馈电阻R R2 2有关，而与器件的参数无关。因有关，而与器件的参数无关。因此，只要器件是线性工作的，在一个宽的频带内放大器此，只要器件是线性工作的，在一个宽的频带内放大器就可以保证增益的平坦性。就可以保证增益的平坦性。 u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（分析）负反馈技术（分析）获得最小输入和输出驻波比的条件获得最小输入和输出驻波比的条件设计举例设计举例u 宽带放大器（宽带放大器（BBABBA）设计）设计负反馈技术（高频情
22、况）负反馈技术（高频情况）l随着工作频率的增加，随着工作频率的增加，S S2121的相位将趋向于的相位将趋向于90900 0，也就是说可能出现正反馈的成分，由此引起放也就是说可能出现正反馈的成分，由此引起放大器的不稳定，为了保证放大器的稳定性，可大器的不稳定，为了保证放大器的稳定性，可以在并联反馈元件上附加一个串联电感，以改以在并联反馈元件上附加一个串联电感，以改变反馈分量的相位。变反馈分量的相位。 u多级小信号放大器设计多级小信号放大器设计 u多级小信号放大器设计多级小信号放大器设计最大增益多级放大器设计最大增益多级放大器设计 l设计目标设计目标获得最大的级连增益，也就是说应该使放大器的各级
23、都获得最大的级连增益，也就是说应该使放大器的各级都工作于最大增益条件下。工作于最大增益条件下。 l设计原理设计原理 所有端口（输入和输出）都应该共轭匹配。所有端口（输入和输出）都应该共轭匹配。u多级小信号放大器设计多级小信号放大器设计多级低噪声放大器设计多级低噪声放大器设计l设计目标设计目标在满足最低噪声的基础上达到最大的带内增益在满足最低噪声的基础上达到最大的带内增益l设计原理设计原理第一级采用最低噪声设计，当第一级的增益足够时，后第一级采用最低噪声设计，当第一级的增益足够时，后续各级可采用尽可能提高增益的方法。续各级可采用尽可能提高增益的方法。u注意！注意！在多级放大器的设计中，一定要注意
24、版图的布局，防止在多级放大器的设计中，一定要注意版图的布局，防止前后级之间的串扰与耦合。前后级之间的串扰与耦合。u大信号放大器设计大信号放大器设计l大信号放大器和小信号放大器设计的不同之处大信号放大器和小信号放大器设计的不同之处设计参数：设计参数： 采用大信号采用大信号 S S 参数。参数。工作状态：工作状态： 大部分为非线性状态。大部分为非线性状态。 分析方法：分析方法：非线性分析方法非线性分析方法 u大信号放大器设计大信号放大器设计l大信号放大器设计大信号放大器设计的基本考虑的基本考虑稳定性稳定性功率电平功率电平 增益增益 ( (线性和非线线性和非线性性) ) 效率效率 线性特性线性特性
25、( (谐波特谐波特性性) )交调交调散热问题散热问题动态范围动态范围电磁兼容设计电磁兼容设计机械结构机械结构u大信号放大器设计大信号放大器设计l大信号放大器的设计方法大信号放大器的设计方法修正修正 S-S-参数法参数法 采用小信号放大器的采用小信号放大器的S S参数模型，但参数模型，但S S2121用大信号用大信号下的新参数代替下的新参数代替u大信号放大器设计大信号放大器设计源和负载反射系数法源和负载反射系数法依据生产厂商提供的在一分贝压缩点对应的源依据生产厂商提供的在一分贝压缩点对应的源反射系数、负载反射系数和输出功率参量进行反射系数、负载反射系数和输出功率参量进行设计设计u大信号放大器设计
26、大信号放大器设计l大信号放大器设计的基本概念大信号放大器设计的基本概念u 1-dB 1-dB 压缩点压缩点: : 一分贝压缩点定义为在一分贝压缩点定义为在P POUTOUTPPININ曲线上，功率增曲线上，功率增益相对于小信号增益值减小一分贝的点。它表益相对于小信号增益值减小一分贝的点。它表征了放大器的非线性特性。即征了放大器的非线性特性。即 u 功率放大器的最小信号电平和动态范围功率放大器的最小信号电平和动态范围l最小信号电平最小信号电平 l放大器的最小输入可检测信号功率放大器的最小输入可检测信号功率P Pi,mdsi,mds所对应的输出所对应的输出功率功率P Po,mdso,mds，必须大
27、于放大器的输出噪声功率。，必须大于放大器的输出噪声功率。P Po,mdso,mds定义为高于输出噪声功率电平定义为高于输出噪声功率电平 x x 分贝。分贝。 或或u功率放大器的最小信号电平和动态范围功率放大器的最小信号电平和动态范围l功率放大器的动态范围功率放大器的动态范围l功率放大器的动态范围定义为放大器的线性最功率放大器的动态范围定义为放大器的线性最大输出功率大输出功率P P1dB1dB（dBdB）和最小可检测输出功率）和最小可检测输出功率P P0,mds0,mds（dBdB）之差，即）之差，即 例例u交调的概念交调的概念u定义定义 当非线性网络的输入端输入两个以上不同频率的当非线性网络的
28、输入端输入两个以上不同频率的正弦波信号时，如果在输出端得到了多余频率的正弦波信号时，如果在输出端得到了多余频率的输出信号，则可以说由于网络的非线性，使信号输出信号，则可以说由于网络的非线性，使信号产生了交调。产生了交调。 u大信号放大器的交调现象大信号放大器的交调现象 考虑在放大器输入端的两个归一振幅为考虑在放大器输入端的两个归一振幅为1 1，不同频率的，不同频率的正弦信号，即正弦信号，即 在非线性放大器的输出端，有在非线性放大器的输出端，有即，输出信号即，输出信号V0(t)V0(t)不仅有原来输入信号的频率分量不仅有原来输入信号的频率分量f f1 1和和f f2 2，同时也包含这两个信号频率
29、的交调分量。，同时也包含这两个信号频率的交调分量。u非线性放大器的输出频谱非线性放大器的输出频谱u交调的分类交调的分类 a) a) 二次谐波二次谐波: 2f: 2f1 1, 2f, 2f2 2b) b) 三次谐波三次谐波: 3f: 3f1 1, 3f, 3f2 2c) c) 高阶谐波高阶谐波: nf: nf1 1, nf, nf2 2 n3 n3d) d) 二阶交调二阶交调: f: f1 1ff2 2e) e) 三阶交调三阶交调: 2f: 2f1 1ff2 2, 2f, 2f2 2ff1 1u 交调对接收系统的影响分析u对于窄带功率放大器，除了三阶交调项（即对于窄带功率放大器，除了三阶交调项（
30、即2f1-f2f1-f2 2和和2f2f2 2-f-f1 1）外，所有附加的频率分量都可）外，所有附加的频率分量都可以通过滤波器被滤除掉。以通过滤波器被滤除掉。u由于三阶交调项落在放大器的工作带宽之内，由于三阶交调项落在放大器的工作带宽之内，无法通过滤波去除。因此三阶交调是衡量信号无法通过滤波去除。因此三阶交调是衡量信号通过放大器失真程度的重要指标。通过放大器失真程度的重要指标。 u三阶交调与放大器动态范围三阶交调与放大器动态范围 u三阶交调与放大器动态范围三阶交调与放大器动态范围 l由于三阶交调点比二阶交调低。因此三阶交由于三阶交调点比二阶交调低。因此三阶交调点决定了放大器动态范围或带宽的上
31、限调点决定了放大器动态范围或带宽的上限。 u 三阶交调点三阶交调点(TOI)(TOI)与放大器的动态范围与放大器的动态范围 u 三阶交调点三阶交调点(TOI)(TOI)与放大器的动态范围与放大器的动态范围三阶交调点的功率三阶交调点的功率 伪自由动态范围伪自由动态范围（DRDRf f) )DRDRf f是使是使PIPPIP为零时，为零时，P P0,mds0,mds与与P Pf1f1的差值。可以证明当的差值。可以证明当P P2f12f1-f-f2 2等于等于P P0,mds0,mds时，有时，有 例例u三阶交调功率的测量三阶交调功率的测量 双频测试技术双频测试技术 在放大器输入端输入两个频率相近、
32、功率相等在放大器输入端输入两个频率相近、功率相等的信号。放大器的输出端接频谱仪，在频谱仪的信号。放大器的输出端接频谱仪，在频谱仪上直接读出主输出功率（上直接读出主输出功率（P Pf1f1 dBmdBm）和三阶交调）和三阶交调输出功率输出功率(P(P2f1-f22f1-f2 dBmdBm) )，则，则 PIP(dBmPIP(dBm) )可以得到可以得到其中其中u 大信号条件下的源反射系数大信号条件下的源反射系数spsp和和负载反射系数负载反射系数LpLpu定义定义晶体管的大信号源反射系数晶体管的大信号源反射系数spsp 是指在大信号是指在大信号条件下，晶体管输入端的反射系数。条件下，晶体管输入端
33、的反射系数。晶体管的大信号负载反射系数晶体管的大信号负载反射系数LpLp 是指在大信是指在大信号条件下，晶体管输出端的反射系数。号条件下，晶体管输出端的反射系数。 u大信号源反射系数和大信号源反射系数和负载反射系数的测量负载反射系数的测量 u等功率线等功率线l根据测量出根据测量出SPSP 和和LPLP后后, , 我们可以得出一套我们可以得出一套大信号下的反射系数数大信号下的反射系数数据，由此可以根据相同据，由此可以根据相同的输出功率，绘出在的输出功率，绘出在LPLP平面上反射系数的变化平面上反射系数的变化曲线，以作为大信号设曲线，以作为大信号设计的参考计的参考 u A A类大信号放大器设计类大
34、信号放大器设计修正修正S S参数法参数法 l对于在大信号情况下工作的对于在大信号情况下工作的A A类放大器，除了类放大器，除了S S2121外，所有其它小信号外，所有其它小信号S S参数都可以作为设计依据。参数都可以作为设计依据。而而S S2121则会随功率电平和频率的增加而减小，如则会随功率电平和频率的增加而减小，如果我们知道大信号时的果我们知道大信号时的S S2121，我们就可以直接采，我们就可以直接采用小信号放大器的设计方法，来设计用小信号放大器的设计方法，来设计A A类大信号类大信号放大器。放大器。例例 u 大信号功率放大器设计2 源和负载反射系数法源和负载反射系数法l设计步骤设计步骤
35、: :1. 1. 对于给出的输出功率电平，在对于给出的输出功率电平，在 Smith Smith 圆图上绘出相应圆图上绘出相应的等功率曲线。的等功率曲线。2. 2. 在曲线上，选择在曲线上，选择 L L=LPLP 的适当的点。的适当的点。3. 3. 基于基于LpLp，计算，计算InIn。4. 4. 对于最大增益设计对于最大增益设计spsp=* *ININ。5. 5. 由由spsp和和LPLP，计算输入和输出匹配网络，计算输入和输出匹配网络例例u ABAB、B B、和、和 C C 类放大器设计类放大器设计 l设计原则设计原则小信号的小信号的S S参数不能使用，必须采用大信号参数不能使用，必须采用大
36、信号S S参数作为设参数作为设计的依据。计的依据。器件生产厂商常常会提供另一套设计数据如（器件生产厂商常常会提供另一套设计数据如（spsp, , LpLp 和和 P P1dB1dB ）作为设计的参考。）作为设计的参考。其设计过程与其设计过程与A A类放大器的方法类放大器的方法2 2（源和负载反射系数法）（源和负载反射系数法）相类似。相类似。对于输出匹配网络，还应该考虑到谐波抑制问题。对于输出匹配网络，还应该考虑到谐波抑制问题。 u多级大信号放大器的设计多级大信号放大器的设计 l设计考虑设计考虑(1) (1) 稳定性稳定性 a) a) 每级的稳定性问题；每级的稳定性问题； b) b) 整个放大器
37、系统的稳定性。整个放大器系统的稳定性。(2) (2) 设计目标：设计目标： 多级功率放大器的设计目标是获得尽可能高的功率输出多级功率放大器的设计目标是获得尽可能高的功率输出和效率，即每级的输出功率都应在大信号条件下，尽可和效率，即每级的输出功率都应在大信号条件下，尽可能接近能接近P P1-dB1-dB压缩点。压缩点。u多级大信号放大器的设计多级大信号放大器的设计 (3) (3) 设计原理设计原理 利用功率曲线，在利用功率曲线，在P POUTOUT=P=Pmaxmax点选择点选择LpLp，对于各，对于各级放大器的输入和输出端都采用共轭匹配，达级放大器的输入和输出端都采用共轭匹配，达到最大功率传输
38、。到最大功率传输。u多级大信号放大器的设计多级大信号放大器的设计u多级功率放大器的三阶交调点多级功率放大器的三阶交调点 l假设各级都是同相的情况，对于多级大功率放大器，级假设各级都是同相的情况，对于多级大功率放大器，级连的三阶交调点连的三阶交调点P PTOITOI为：为：l如各级增益相同，则如各级增益相同，则 u多级功率放大器的的动态范围多级功率放大器的的动态范围动态范围的低限动态范围的低限 级连放大器的最小可检测输出信号主要由第一级的最小级连放大器的最小可检测输出信号主要由第一级的最小检测信号确定。检测信号确定。 u多级功率放大器的的动态范围多级功率放大器的的动态范围动态范围的上限动态范围的
39、上限 多级功率放大器动态范围的上限由放大器的多级功率放大器动态范围的上限由放大器的1-dB1-dB压缩点压缩点所决定。所决定。多级功率放大器的总的多级功率放大器的总的1-dB1-dB压缩点主要由末级放大级来压缩点主要由末级放大级来确定，因此在多级功率放大器的设计中，末级放大必须确定，因此在多级功率放大器的设计中，末级放大必须具有最大的功率容量。具有最大的功率容量。 u多级放大器的动态范围及其设计多级放大器的动态范围及其设计 多级放大器的动态范围多级放大器的动态范围 多级大信号放大器的宽动态范围设计考虑多级大信号放大器的宽动态范围设计考虑 第一级的噪声应尽可能小。第一级的噪声应尽可能小。末级的末级的1-dB1-dB点应尽可能高。点应尽可能高。例例
