射频通信电路第五章-低噪放-用S参数设计放大器5-5

5.5用S参数设计放大器S参数设计方法是将晶体管看作是一个黑匣子,只知道它的端口参数,而从系统或网络的角度出发来设计放大器5.5.1S参数与功率传输（在图示的线性网络中，推导功率传输与S参数的关系）0Z1V以特性阻抗Z0为参考，各端口的阻抗和反射系数可相互表示信号源端网络输入输出端00SSSZZZZ00inininZZZZ和00outoutoutZZZZ输出负载端00LLLZZZZ信号源电动势的有效值为VS网络输入功率为22211011iniininVPVZZ其中：V1网络输入端电压，Zin为输入阻抗11111iriinVVVV011inininZZ由11001111111SSSiniinSSSininSininVVVVZVZZZZZZ得1121SSiSinVV代入后得222201141SSininsinVPZ同理，负载阻抗上得到的功率为22222011LrLLVPVZZZL上的入射将2122112222122,1rirriLSVSVSVVVS以及1121SSiSinVV代入即得2222212202211411LSSLLSinSVPZS根据线性网络输入、输出端阻抗匹配情况，定义了三种功率增益1、功率增益（或工作功率增益，operatingpowergain）定义：网络的输入输出端为任意阻抗值时，负载得到的实际功率与输入网络的实际功率之比22212222111LLPinLinSPGPS2、变换器功率增益（transducerpowergain）当放大器输入端与源共轭匹配：*inSZZ*inS信号源输入放大器的功率最大（资用功率，availablepower）为*2220141inSSSAinSVPPZ时或负载所得功率与该资用功率之比即为变换器功率增益，为2222122221111LSLTALSinSPGPS当网络的反向传输为0或很小，可以忽略时，即时，网络为单向传输，此时11inS此时，网络的单向变换器功率增益为012S3、资用功率增益（availabiepowergain）222212211221111SLTUSLSGSS当放大器输出端也达到共轭匹配：时，也即时，负载得到最大功率，为*LoutZZ*Lout*2222212*02211411LoutoutSSLoutSinSVPZS因11221111221rLiniLVSSSVS12212222111SroutiSSSVSVS可知与有关，inL当时，又有*Lout*2222112*221111LoutSSinoutoutSS资用功率增益定义为：网络输入、输出端均匹配时的增益，其值为*22212211111LoutSLAASoutSPGPS5.5.2放大器的稳定性典型放大器的结构(如图5.5.2，P.188.),划分为三大部分输入网络----实现信号源与放大器(或线性模块)之间的阻抗变换晶体管(或线性模块)输出网络----实现放大器与负载之间的阻抗变换设计放大器，首先要保证其工作稳定，其次才是达到指标高频放大器，增益固然是其主要指标，但这只有在放大器稳定工作时，才有意义调谐放大器中常采用降低放大器增益的方法来提高稳定性----失配法什么样的系统是稳定的？从反射系数的角度，只有当反射系数的模小于1，即系统才是稳定的。1对图5.5.2所示的放大器，共有4个反射系数，只有当这4个反射系数的模均小于1时，才是稳定的。即须满足：1,1SL以及1221112211LinLSSSS1221221111SoutSSSSS可见，选定了晶体管，确定了工作频率和偏置后，晶体管的S参数值已定，影响放大器稳定性的因素就是输入网络的反射系数和输出网络的反射系数LS讨论放大器的稳定性，是在一定的工作频率和偏置条件下进行的，当这些条件变化了，稳定性也会变化放大器的稳定性有2种情况无条件稳定对于任何无源匹配网络，只要1,1,SL晶体管就一定有1in和1out----无条件稳定放大器条件稳定只能对某些条件下的和，放大器才是稳定的----条件稳定放大器SL本书仅讨论无条件稳定情况构成放大器的晶体管，当满足：112212211SSSS以及22211221221112SSkSSRollett因数时，放大器是无条件稳定的对于单向传输晶体管，一定有则当时，又满足由此晶体管构成的放大器必定是无条件稳定的。k11221,1SS1下面讨论由这样的晶体管构成放大器的设计方法。5.5.3按照增益要求设计放大器介绍:采用单向传输且无条件稳定的晶体管,按照增益要求设计放大器的方法在图5.5.2所示的典型放大器结构中，当其信号源端实现共轭匹配时放大器输入端获得最大功率----输入资用功率，其变换器功率增益为22221022221111SLTSLSinLGsGGGS输入网络增益晶体管增益输出网络增益当晶体管与输入、输出网络之间达到共轭匹配，即**,SinLout时，输入、输出匹配网络的增益达到最大值*2max221111SinSSSininGmax211LoutG特别对于120S且11221,1SS的单向、无条件稳定晶体管，由于1122,inoutSS则211max11SGS222max11SGL，因此，当图5.5.2所示为单向、无条件稳定放大器时，其最大变换器功率增益（资用功率增益）为2max212211221111TUGSSS