射频与微波放大器设计ppt课件

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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根本思索的根本思索p1 1 功率或信号电平功率或信号电平p小信号小信号p大信号大信号 (高功率高功率)p2 2 任务带宽任务带宽p窄带窄带p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根本设计方法根本设计方法o采用采用S S参数来进展设计参数来进展设计o微波放大器用根本器件微波放大器用根本器件o双极晶体管双极晶体管 (较低频率较低频率)o场效应管场效应管(较高频率，可以

2、不断任务到毫米波较高频率，可以不断任务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，放大类甲类放大器的特点是，在整个信号周期内，放大器都任务于晶体管的任务区。器都任务于晶体管的任务区。B B 类乙类放大器类乙类放大器B B 类放大器的特点是，在放大器的任务过程中，大约半个信类放大器的特点是，在放大器的任务过程中，大约半个信号周期的时间任务于晶体管的任务区。号周期的时间任务于晶体管的任务区。u 射频与微波放大器设计射频与微波放大器设计 放大器的分类放大器的分类AB AB 类甲乙类放

3、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类任务，在大信号时，放大器类任务，在大信号时，放大器为为B B类任务的放大器称为类任务的放大器称为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，晶体管在任务区任务的时间放大器在整个信号周期内，晶体管在任务区任务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根小信号放大器设计的根本步骤本步骤 o选择适当的器件或芯片选择适当的器件或芯片o任务频率任务频率o增益增益o噪声噪声o功率电平功率电平直流偏

4、置设计直流偏置设计偏置电压偏置电压Q点的选点的选择择普通来说，放大器直流普通来说，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-VCE曲线双极曲线双极晶体管或晶体管或ID-VDS曲曲线场效应管的中部，线场效应管的中部，以保证晶体管在任务区以保证晶体管在任务区双极晶体管或饱和双极晶体管或饱和区场效应管任务。区场效应管任务。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那么应该是：直流偏置的引入对直流偏置电路的设计原那么应该是：直流偏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微波和射频信号没有影响，即一方面要防止微波和射频

5、信号从偏置走漏，干扰偏置回路的正常任务，同时也要信号从偏置走漏，干扰偏置回路的正常任务，同时也要防止外界干扰信号经过偏置回路影响微波和射频系统的防止外界干扰信号经过偏置回路影响微波和射频系统的任务。任务。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衔接处向直流偏置看去的输入阻抗应该为波回路相关的衔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 小信号放大器设计小信号放大器设计稳定性分析稳定性分析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

6、负反响、电阻加载采用负反响、电阻加载等措施等措施 留意：留意：不但要思索任务带宽内不但要思索任务带宽内的稳定性，也要思索任的稳定性，也要思索任务带宽外的稳定性务带宽外的稳定性匹配网络的设计匹配网络的设计根据不同放大器的要求，根据不同放大器的要求，进展匹配网络的设计。进展匹配网络的设计。带宽的思索带宽的思索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o任务带宽小于任务带宽小于10%的放大器可以为是窄带放大器的放大器可以为是窄带放大器o窄带放大器分类窄带放大器分类o最大增益

7、放大器最大增益放大器o高增益放大器高增益放大器o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 15.115.1设计一任务频率为设计一任务频率为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 最大增益放大器实践上是高增益放大器设计的特例最大增益放大器实践上是高增益放大器设计的特例设计过程实践上是实现对输入和输出端的共轭匹配设计过程实践上是实现对输入和输出端的共轭匹配当当S120S120时，采用

8、单向设计应该核对设计误差能否满足时，采用单向设计应该核对设计误差能否满足目的误差要求目的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)设计设计设计思索设计思索设计的主要目的是使放大器的在噪声低于规定设计的主要目的是使放大器的在噪声低于规定值的前提下，尽能够获得较高的增益。值的前提下，尽能够获得较高的增益。大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同时出现！时出现！u 低噪声放大器低噪声放大器 (LNA)(LNA)设计设计根本设计步骤根本设计步骤设计的前五个步骤与其它类型的放大器是一样，以后，设计的前五个步骤与其它类型的放大器是一

9、样，以后，有有 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。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。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，作为增益设计的思索，设计时应思索到带宽的要圆，作为增益设计的思索，设计时应思索到带宽的要求。求。u 低噪声放大器低噪声放大器 (LNA)(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SS值，设计输入匹配网络。值，设计输入匹配网络。(5)(5

10、)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。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呼在宽带范围一个倍频程甚至十个倍频程内具有平坦呼应的放大器为宽带放大器。应的放大器为宽带放大器。2 2 宽带放大器设计的根本思索宽带放大器设计的根本思索 设计的根本方法与前面研讨的高增益放大器的根本设计方设计的根本方法与前面研讨的高增益放大器的根本设计方法是一样的。法是一样的。由于器件参数和匹配网络特性随频率变化，宽带放大器的由于器件参数和匹配网络

11、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。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 宽带放大器的设计思索宽带放大器的设计思索l晶体管的晶体管的|S21|S21|和和|S12|S12|随频率变化的规律随频率变化的规律l u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 宽带放大器的设计思索宽带放大器的设计思索l宽任务频带范围内的稳定性宽任务频带范围内的稳定性lK因子依赖于因子依赖于|S12S21|的乘积，因此放大器的稳定的乘积，因此放大器的稳定性依赖于性依赖于|S12S21|随频率变化曲线的平坦度。随频率变化曲线的平坦度。lS11 和和 S22在整个

12、任务频率范围的变化在整个任务频率范围的变化l直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。输入和输直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。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l影响任务频带内的噪声特性影响任务频带内的噪声特性 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负反响技术负反响技术 u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 匹配补偿

13、设计技术匹配补偿设计技术根本设计思想根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，引入适当的失配普通是使高频设计过程中，引入适当的失配普通是使高频端尽能够匹配，低频端适当失配，使放大器端尽能够匹配，低频端适当失配，使放大器在整个频率范围内到达增益平衡的目的。在整个频率范围内到达增益平衡的目的。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

14、计设计 平衡放大器的任务原理平衡放大器的任务原理(1)(1)端口端口1 1的输入功率经过的输入功率经过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900900。在理想情况下，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展放大，由于两个放大器的特性是一样的，因此，率进展放大，由于两个放大器的特性是一样的，因此，放大后的信号依然是大小相等，相位相差放大后的信号依然是大小相等，相位相差900900。

15、(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900900，经过输出定向耦合，经过输出定向耦合器后，在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18001800，端口，端口2 2没有输出，而端口没有输出，而端口3 3合成的合成的信号振幅相等，相位一样，即合成信号从端口信号振幅相等，相位一样，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

16、系数反射系数 l假设两个放大器特性是完全一致的平衡，那么整个假设两个放大器特性是完全一致的平衡，那么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放大器是完全匹配的。因此平衡放大器允许各放大器的输入和输出口是失配的。输入和输出口是失配的。l增益增益 l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l合成输出功率才干是单个放大器的两倍合成输出功率才干是单个放大器的两倍l可靠性可靠性l即使有一路放大器损坏，依然可以任务增益将下降即使有一路放

17、大器损坏，依然可以任务增益将下降6dBl设计举例设计举例 u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术负反响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、低增益变化的放大器，负反响是一项非常有效的技术。负反响大器，负反响是一项非常有效的技术。负反响技术独一的缺陷是由于在反响回路中有电阻，技术独一的缺陷是由于在反响回路中有电阻，因此必然使噪声添加，增益降低。因此必然使噪声添加，增益降低。u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术负反响技术u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术负反响技术反响放大器的分析反响放大器的分析反响放大器的等效

18、电路反响放大器的等效电路 u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术负反响技术分析：分析：由图由图15.19b15.19b，负反响放大器的导纳矩阵，负反响放大器的导纳矩阵 Y Y 为为其中其中 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术分析负反响技术分析得出得出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 负反响技术分析负反响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 阐明了两阐明了两个反响电阻个反响电阻R1和和R2满满足输入和输出口无反射足输入和输出口无反射所必需的条件。所必需的条件。

19、u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术分析负反响技术分析l负反响放大器的增益负反响放大器的增益l适宜于并适宜于并-串反响设计的三极管的条件串反响设计的三极管的条件lR1的值总是正值即的值总是正值即R10，思索最坏情况，即，思索最坏情况，即 R1=0,由公式由公式 15.9b,得到得到(gm)min的值的值 u 宽带放大器宽带放大器BBABBA设计设计 负反响技术分析负反响技术分析匹配条件下匹配条件下(gm)min(gm)min的简单表达式：的简单表达式：将式将式15.9c15.9c中的中的R2R2代入式代入式15.2015.20，有，有 由公式由公式 15.19c 15.19

20、c 可以看出，一旦晶体管满足可以看出，一旦晶体管满足(gm)min(gm)min情情况，增益况，增益S21S21只与反响电阻只与反响电阻R2R2有关，而与器件的参数无有关，而与器件的参数无关。因此，只需器件是线性任务的，在一个宽的频带内关。因此，只需器件是线性任务的，在一个宽的频带内放大器就可以保证增益的平坦性。放大器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 负反响技术分析负反响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 负反响技术高频情况负反响技术高频情况l随着任务频率的添加，随

21、着任务频率的添加，S21S21的相位将趋向于的相位将趋向于900900，也就是说能够出现正反响的成分，由此引起放也就是说能够出现正反响的成分，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，可以在并联反响元件上附加一个串联电感，以改以在并联反响元件上附加一个串联电感，以改动反响分量的相位。动反响分量的相位。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设计目的设计目的l获得最大的级连增益，也就是说应该使放大器的各级都获得最大的级连增益，也就是说应该使放大器的各级

22、都任务于最大增益条件下。任务于最大增益条件下。l l设计原理设计原理 l一切端口输入和输出都应该共轭匹配。一切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设计目的设计目的l在满足最低噪声的根底上到达最大的带内增益在满足最低噪声的根底上到达最大的带内增益l设计原理设计原理l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，后续各级可采用尽能够提高增益的方法。续各级可采用尽能够提高增益的方法。l留意！留意！l在多级放大器的设计中，一定要留意幅员的规划，防止在多级放大器的设计中，一定

23、要留意幅员的规划，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l设计参数：设计参数：l 采用大信号采用大信号 S S 参数。参数。l任务形状：任务形状：l 大部分为非线性形状。大部分为非线性形状。l分析方法：分析方法：l 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根本思索的根本思索l稳定性稳定性l功率电平功率电平 l增益增益 (线性和非线线性和非线性性)l效率效率 l线性特性线性特性 (谐波特谐波特性性)交调交

24、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构造机械构造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l修正修正 S-参数法参数法 l采用小信号放大器的采用小信号放大器的S参数模型，但参数模型，但S21用大用大信号下的新参数替代信号下的新参数替代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根据消费厂商提供的在一分贝紧缩点对应的源根据消费厂商提供的在一分贝紧缩点对应的源反射系数、负载反射系数和输出功率参量进展反射系数、负载反射系数和输出功率参量进展设计设计u 大信号放大器设计大信号放大器设计l大信号放大器设计的根本

25、概念大信号放大器设计的根本概念l 1-dB 紧缩点紧缩点:l一分贝紧缩点定义为在一分贝紧缩点定义为在POUTPIN曲线上，曲线上，功率增益相对于小信号增益值减小一分贝的点。功率增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。即它表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Pi,mdsPi,mds所对应的输所对应的输出功率出功率Po,mdsPo,mds，必需大于放大器的输出噪声功率。，必需大于放大器的输出噪声功率。l Po,mds

26、Po,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。l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P1dBP1dBdBdB和最小可检测输出功率和最小可检测输出功率P0,mdsP0,mdsdBdB之差，即之差，即 o例u 交调的概念交调的概念u定义定义 u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输入端输入两个以上不同频率的正弦波信号时，假设在输出端得到了多余频率的正弦波信号时

27、，假设在输出端得到了多余频率的输出信号，那么可以说由于网络的非线性，使信输出信号，那么可以说由于网络的非线性，使信号产生了交调。号产生了交调。u u 大信号放大器的交调景象大信号放大器的交调景象 思索在放大器输入端的两个归一振幅为思索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f1f1和和f2f2，同时也包含这两个信号频率的交调分量。，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

28、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:2f1,2f2:2f1,2f2b)b)三次谐波三次谐波:3f1,3f2:3f1,3f2c)c)高阶谐波高阶谐波:nf1,nf2 n3:nf1,nf2 n3d)d)二阶交调二阶交调:f1:f1f2f2e)e)三阶交调三阶交调:2f1:2f1f2,2f2f2,2f2f1f1u 交调对接纳系统的影响分析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，除了三阶交调项即2f1-f22f1-f2和和2f2-f12f2-f1外，一切附加的频率分量都外，一切附加的频率分量都可以经过滤波器被滤除掉。可以经过滤波器被滤除掉。u由于三阶交

29、调项落在放大器的任务带宽之内，由于三阶交调项落在放大器的任务带宽之内，无法经过滤波去除。因此三阶交调是衡量信号无法经过滤波去除。因此三阶交调是衡量信号经过放大器失真程度的重要目的。经过放大器失真程度的重要目的。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 o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。因此三阶交调点决议了放大器动态范围或带宽的上限。调点决议了放大器动态范围或带宽的上限。o 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

30、)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 伪自在动态范围伪自在动态范围DRf)DRf)DRfDRf是使是使PIPPIP为零时，为零时，P0,mdsP0,mds与与Pf1Pf1的差值。可以证明当的差值。可以证明当P2f1-f2P2f1-f2等于等于P0,mdsP0,mds时，有时，有 例例u 三阶交调功率的丈量三阶交调功率的丈量 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、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Pf1 dBm

31、Pf1 dBm和三阶交调和三阶交调输出功率输出功率(P2f1-f2 dBm)(P2f1-f2 dBm)，那么，那么 PIP(dBm)PIP(dBm)可以可以得到得到其中其中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u晶体管的大信号源反射系数晶体管的大信号源反射系数sp sp 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，晶体管输入端的反射系数。u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Lp Lp 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

32、数和大信号源反射系数和 负载反射系数的丈量负载反射系数的丈量 u 等功率线等功率线l根据丈量出根据丈量出SP SP 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，由此可以根据一样据，由此可以根据一样的输出功率，绘出在的输出功率，绘出在LPLP平面上反射系数的平面上反射系数的变化曲线，以作为大信变化曲线，以作为大信号设计的参考号设计的参考 u A A类大信号放大器设计类大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任务的对于在大信号情况下任务的A A类放大器，除了类放大器，除了S21S21外，一切其它小信号外，一切其它小信号S S

33、参数都可以作为设计参数都可以作为设计根据。而根据。而S21S21那么会随功率电平和频率的添加而那么会随功率电平和频率的添加而减小，假设我们知道大信号时的减小，假设我们知道大信号时的S21S21，我们就可，我们就可以直接采用小信号放大器的设计方法，来设计以直接采用小信号放大器的设计方法，来设计A A类大信号放大器。类大信号放大器。l例例 u 大信号功率放大器设计2 源和负载反射系数法l设计步骤设计步骤:l1.1.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 圆图上绘出圆图上绘出相应的等功率曲线。相应的等功率曲线。l2.2.在曲线上，选择在曲线上，选择 L=LP L

34、=LP 的适当的点。的适当的点。l3.3.基于基于LpLp，计算，计算InIn。l4.4.对于最大增益设计对于最大增益设计sp=sp=*ININ。l5.5.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l例例u AB AB、B B、和、和 C C 类放大器设计类放大器设计 l 设计原那么设计原那么l小信号的小信号的S参数不能运用，必需采用大信号参数不能运用，必需采用大信号S参数作为参数作为设计的根据。设计的根据。l器件消费厂商经常会提供另一套设计数据如器件消费厂商经常会提供另一套设计数据如sp,Lp 和和 P1dB 作为设计的参考。作为设计的参考。l其设计过程与其设计

35、过程与A类放大器的方法类放大器的方法2源和负载反射系数源和负载反射系数法相类似。法相类似。l对于输出匹配网络，还应该思索到谐波抑制问题。对于输出匹配网络，还应该思索到谐波抑制问题。u 多级大信号放大器的设计多级大信号放大器的设计 l设计思索设计思索l(1)(1)稳定性稳定性l a)a)每级的稳定性问题；每级的稳定性问题；l b)b)整个放大器系统的稳定性。整个放大器系统的稳定性。l(2)(2)设计目的：设计目的：l 多级功率放大器的设计目的是获得尽能够高的功率多级功率放大器的设计目的是获得尽能够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，输出和效率，即每级的输出功率都应在大信号条件

36、下，尽能够接近尽能够接近P1-dBP1-dB紧缩点。紧缩点。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POUT=PmaxPOUT=Pmax点选择点选择LpLp，对，对于各级放大器的输入和输出端都采用共轭匹配，于各级放大器的输入和输出端都采用共轭匹配，到达最大功率传输。到达最大功率传输。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PTOIPTO

37、I为：为：l如各级增益一样，那么如各级增益一样，那么 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-dB紧缩紧缩点所决议。点所决议。多级功率放大器的总的多级功率放大器的总的1-dB紧缩点主要由末级放大级紧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，末级放大必来确定，因此在多级功率放大器的设计中，末级放大必需具有最大的功率容量。需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思索多级大信号放大器的宽动态范围设计思索 第一级的噪声应尽能够小。第一级的噪声应尽能够小。末级的末级的1-dB1-dB点应尽能够高。点应尽能够高。例例