第四章 微波晶体管放大器
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1、电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义微波晶体管放大器p 概述概述+-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio 放大放大把微弱的电信号的幅度放大。把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即，即不失真不失真。电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义p 概概述u常用的微波放大器常用的微波放大器电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u放大器主要技术参数放大器主要技术参数1. 1.增益（增益（GainGain） 对信号幅
2、度放大能力对信号幅度放大能力2. 2.噪声系数噪声系数NFNF 放大器对信噪比的恶化放大器对信噪比的恶化3. 3.输入输入/ /出反射系数出反射系数 放大器与系统阻抗的匹配关系放大器与系统阻抗的匹配关系4. 4.输出功率输出功率1dB1dB压缩点压缩点 放大器线性功率输出能力放大器线性功率输出能力5. 5.饱和输出功率饱和输出功率 放大器功率输出能力放大器功率输出能力6. 6.效率效率 DC-RF DC-RF功率转换能力功率转换能力7. 7.三阶互调抑制度三阶互调抑制度/ /三阶三阶互互调交叉点调交叉点p 概概述电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u微波晶体管放大器的构成微波晶体管放大器的
3、构成 微波晶体管微波晶体管 封装封装 裸管芯裸管芯 匹配匹配网络网络 输入匹配输入匹配 输出匹配输出匹配 DCDC偏置偏置网络网络 器件参数器件参数 （S S参数）参数） 匹配电路设计匹配电路设计: :最大最大增益增益最小噪声最小噪声 DCDC偏置网络设偏置网络设计计p 概概述电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义p晶体管器件的晶体管器件的S S参数参数 u用用S S参数表征晶体管特性优势明显参数表征晶体管特性优势明显 微波晶体管放大器 其他参量（如其他参量（如y y、h h参量）大都表征网络在开、短路状态下电参量）大都表征网络在开、短路状态下电压、电流关系；晶体管在开、短路压、电流关系；晶
4、体管在开、短路状态易于发生振荡，不能状态易于发生振荡，不能得到合适的放大状态电路参量；得到合适的放大状态电路参量； S S参量的确定参量的确定无需理想开短路要求，无需理想开短路要求，适合于分布参数电路系适合于分布参数电路系统；统； S S参数是基于入射波和反射波的概念建立的，和实际器件工参数是基于入射波和反射波的概念建立的，和实际器件工作状态作状态一致一致电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 u晶体管晶体管S S参数定义参数定义 端口电压端口电压与端口与端口电流电流用用入射波和反射波表示：入射波和反射波表示：1,2)kikrkkikrkVVVIIIk；（ 引入归一化波的概念：引入归一化波的
5、概念：ikrkkckikkckrkckckVVaZ IbZ IZZ；p 晶体管器件的晶体管器件的S S参数参数 各端口入射波和反射波功率可简单表达：各端口入射波和反射波功率可简单表达：222222ikrkkckikikkckrkrkckckVVaZIPbZIPZZ；电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 u晶体管晶体管S S参数定义参数定义 p 晶体管器件的晶体管器件的S S参数参数 11122122SSSSS111 1122111121221222221 1222=or=bS aS abSSabSSabS aS a 反射系数反射系数22111111110022222200=iiriaVri
6、aVbVSaVbVSaV 传输传输系数系数221112221112002111222100=iicricaVcricaVZbVSaVZZbVSaVZ 晶体管晶体管S S参数与参数与Z Zc1c1和和Z Zc2c2有关，对不同特性阻抗的测量系统，有关，对不同特性阻抗的测量系统，得到的得到的S S参数不同；参数不同； Z Zc1c1和和Z Zc2c2称为测量称为测量S S参数的系统阻抗，一般为：参数的系统阻抗，一般为： Z Zc1c1=Z=Zc2c2=50=50电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义p单级放大器网络分析单级放大器网络分析 微波晶体管放大器a1a2b1b2a1a2b1b2简化网络：
7、简化网络：电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u各端口反射系数各端口反射系数scsscZZZZ LcLLcZZZZ p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析 源反射系数源反射系数 负载射系数负载射系数 输入反射系数输入反射系数111ccZZZZ 输出反射系数输出反射系数222ccZZZZ 各端口反射系数决定各端口反射系数决定了放大器各种匹配状了放大器各种匹配状态态工作状态工作状态电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u各端口反射系数表达各端口反射系数表达 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析22Lab 11221111111222211LLLLbS SSDSaSS 端口端口1 1加激
8、励信号加激励信号源源as , 端端口口2 2仅接负载仅接负载1S1ab 12212222222111111SSSSS SSDbSaSS 端口端口2 2加加激励信号激励信号源源aL , 端端口口1 1仅接负载仅接负载1112112212212122det( )SSDSS SS SSS电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u各端口各端口功率功率 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析V V1 1I I1 1放大器输入端加激励源时，放大器输入端加激励源时，11ssVZ IV其中，其中，111111irirIIIVVV和11111ssssaaaba 和定义信号源归一化波：定义信号源归一化波：可得：
9、可得：1sscsVaZz11111sscccssVZVIZZZzab于是，于是，其中，其中，ssczZZ为归一化源阻抗 进入晶体管输入端功率进入晶体管输入端功率电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u各端口各端口功率功率 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析V V1 1I I1 1 进入晶体管的功率为进入晶体管的功率为: :222222111111211(1)1ssPabaa 1s 仅当输入端共轭匹配（）时，211211assPPa P1a为信信号号源源资资用功率用功率电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义 传输给负载的功率传输给负载的功率 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析对于
10、负载来说，晶体管输出信号可由等效源表示对于负载来说，晶体管输出信号可由等效源表示2122120122221(1)(1)1(1)(1)LLsLLsSSaaaSS 电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义传输给负载的功率传输给负载的功率 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析22222222220221(1)1LLLPbaba L2 仅当输出端共轭匹配（）时，22221222222*2221(1)1111aOsLsSPPaaS P2a为放大器放大器资资用功率用功率电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u增益增益 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析（a a）工作）工作功率增益功率增益222
11、221212222222111221221111()2Re11LLpLLLSSPGPSSDCS G GP P为为放大器放大器实际实际工作工作中中功率增益功率增益的量度的量度G GP P仅仅与与晶体管晶体管S S参数参数和和负载负载 L有有关关12211CSS D式中，电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义u增益增益 p 单级放大器网络分析单级放大器网络分析（b b）资资用用功率增益功率增益 Ga为为放大器放大器两个两个端口共端口共轭轭匹配匹配时产时产生的生的功率增益功率增益 Ga仅与仅与晶体管晶体管S S参数参数和和源源 S有有关关21122CSS D式中，22222212212222222
