穩(wěn)定低噪放晶體管工作點(diǎn)

多數(shù)情況下有用信號(hào)都是非常微弱的，在這些應(yīng)用中噪聲系數(shù)成了表征晶體管性能優(yōu)劣的主要參數(shù)。本文討論了一種添加并聯(lián)電阻來(lái)穩(wěn)定低噪聲放大電路中晶體管工作點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。

幾乎所有通信系統(tǒng)的接收電路的輸入級(jí)都要用到低噪聲放大器(LNA)，作用是放大有用信號(hào)的同時(shí)避免惡化信噪比。多數(shù)情況下有用信號(hào)都是非常微弱的，在這些應(yīng)用中噪聲系數(shù)成了表征晶體管性能優(yōu)劣的主要參數(shù)。噪聲系數(shù)反映了晶體管引入噪聲的最小值，它不是一個(gè)絕對(duì)的數(shù)值，它與偏移量尤其是輸入匹配條件有關(guān)。

正如許多微波教科書中所描述的那樣，為特定的晶體管設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)非常容易，工程師僅需了解該晶體管相關(guān)偏移點(diǎn)的S和噪聲參數(shù)即可。然而如果考慮穩(wěn)定性就會(huì)出現(xiàn)問題。教科書中關(guān)于噪聲匹配的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)步驟是設(shè)置輸入噪聲與輸出增益匹配，沒有太多顧及晶體管工作點(diǎn)的穩(wěn)定。穩(wěn)定性的檢驗(yàn)通常是在設(shè)計(jì)完成后才進(jìn)行。

其中rn = Rn/Z0。注意Z0 為晶體管的特征阻抗(通常為50Ω)。以下兩點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)：

1、由1式可以看出，從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，F(xiàn)僅由輸入阻抗TS 決定。FMIN, rn, 和ΓM 為晶體管所選的偏移點(diǎn)決定。為了得到最小的噪聲系數(shù)FMIN, ΓS應(yīng)與ΓM相等。

2、F與負(fù)載阻抗ΓL無(wú)關(guān)。

晶體管的穩(wěn)定性可以由K因子表征，由下式計(jì)算：

有了穩(wěn)定電阻，K因子在所有頻率下都能保持在高于1的安全范圍，晶體管在此應(yīng)用中表現(xiàn)出無(wú)條件的穩(wěn)定性。噪聲系數(shù)僅僅略有變化(十分之一dB之內(nèi))。這些變化都可以忽略不計(jì)。另外，S11絲毫不受影響。

圖7d則正好與圖7c相反，Rstab并不引入任何直流分量，其頻率響應(yīng)由電容C決定。因?yàn)橹绷麟娫赐ǔ２⒙?lián)高值電容(uF量級(jí))，這樣做不會(huì)帶來(lái)什么麻煩。當(dāng)電源電壓直接偏置晶體管時(shí)，這樣配置的優(yōu)勢(shì)最為明顯。注意Rstab通過一個(gè)偏置電感Lc短路，因此直流情況下完全可以忽略。

如果電源電壓過高，則須采用圖7e和7f中的配置。Rstab被用于降低電壓。一旦集電極(漏級(jí))電流固定，電壓的下降幅度就可以定量計(jì)算。通過設(shè)置集電極(漏級(jí))電流就能借助Rstab使電壓下降預(yù)期的幅度，見圖7e。如果還要進(jìn)一步降低電壓，則可利用Rstab和R1共同實(shí)現(xiàn)所需要的阻值。注意兩電阻之間必須連接一個(gè)電容，使得Rstab在RF環(huán)境中有效地工作。

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