低噪声放大器设计的 10 个实际考虑因素

低噪声放大器设计的主要功能是放大小功率信号。在电子麦克风中，信息可以是电压或电流，随时间变化。时间。与所有放大器一样，低噪声放大器也是一个双端口电路。它消耗电能来增强输入信号的幅度。从而产生更高比例的输出信号。

本文讨论了 LNA 设计时要牢记的十个实际注意事项。

低噪声放大器设计——低噪声系数提供更好的 LNA 性能。

低噪声放大器是多种设备中的重要组件。其中一些是无线电通信、医疗仪器和电子测试机。

典型的低噪声放大器可以提供 100（+20 分贝）的功率增益。同时，它可以将信噪比降低多达 3 dB（小于两倍）。远高于本底噪声水平的信号会导致互调失真。

信号链组件会降低信噪比   (SNR)，噪声系数指的是这种退化。它是一个定义放大器性能的数值。较低的噪声系数值意味着低噪声放大器的效果更好。以分贝计，噪声系数与噪声系数相同。

低噪声放大器设计——您需要三个参数来计算放大器功率增益。

放大器电路的一个显着特征比单位功率增益更重要。简单来说，放大器的增益是其输出功率与输入的比率。低噪声放大器 (LNA) 减少了额外的噪声——这是使用扬声器的副作用。为了实现这一点，设计人员需要在其 PCB/电路设计中考虑一些因素。其中一些包括选择低噪声元件和阻抗匹配。

为了计算放大器功率增益，您将需要 3 个参数的值。参数为：

1。换能器功率增益

它指出了放大器的好处，而不是使用源直接驱动相同的负载。低噪声放大器通常与原因共轭匹配。换能器功率增益与工作功率增益相同。

2。工作功率增益

在双端口网络中，功率耗散到负载中。这种耗散功率与输入功率之比就是工作功率增益。

3。最大可用功率/增益 (MAG)

PLM=负载（输出）时的最高可用平均功率。

PSM=源头可用的最高功率。

MAG是PLM与PSM的比值。

这些参数的值取决于负载、输入、输出和来源等许多因素。推导上述值还需要反射系数和S参数。

传输线背景

传输线是一种传导介质，可在很远的距离上传输信号。损失或失真最少（通常可以忽略不计）。

考虑负载阻抗 ZL 和源阻抗 ZS。电压（或功率）是入射波和反射波的总和。它们沿传输特性阻抗线(Z0)反向传播。

如果 ZL 不等于 Z0，则负载将一些入射波反射到源。该过程在无损传输线中作为一个无限循环进行。

完美阻抗匹配情况下的反射系数为零

反射系数是入射波和反射波的比值。当负载阻抗等于特性阻抗时，考虑为零。它是一个复数，具有极坐标形式的大小和角度。

如果两个阻抗之间的差异很大，我们可以预期会有很大程度的反射。反射与低噪声放大器中的反射系数成正比。

射频网络中各自的反射系数

源反射系数和负载反射系数是射频网络中使用的术语。它们与低噪声放大器的源阻抗和负载阻抗相同 .

在波流图中，您可以表示入射波和反射波。使用网络变量内的线性关系绘制流程图。保证了2个网络点之间传递函数的快速构建。

流程图中的节点代表不同的变量。自变量通过不同的路径与因变量相关联。增益值附加在路径函数上，与相关变量的反射系数有关。

您可以通过其 S 参数对 LNA 进行分类

S 参数或散射参数在低噪声放大器设计中是必不可少的。它们描述了电信号作用下的线性网络特性。

匹配载荷以研究 S 参数而闻名。主要原因是高信号频率的易用性。现代矢量网络分析仪计算波相量的幅度和相位。

您可以使用 S 参数表达多个板载组件的电气特性。组件可能包括：

1.电阻器

2.电感器

3.电容器

参数可以显示增益、回波损耗、VSWR、反射系数或稳定性等特征。掌握矩阵代数对于理解 S 参数至关重要。参数遵循这些代数定律。

使用 MAG 作为 2 端口 LNA 的初步筛选标准。

MAG 表示您可以从设备获得的最高理论功率增益。源和阻抗负载是共轭匹配的。 MAG 是 2 端口射频放大器的基本属性。反向传输导纳为零。对于正确的定义，请看上面。

在双端口网络中，MAG 可以显示低噪声放大器的可用增益水平。这样，我们可以评估 LNA 是否适合该任务。这也是为什么 MAG 是 RF、LNA 和微波网络的主要筛选标准。

更多传感器增益

射频放大器设计中最常见的增益术语是换能器增益。根据定义，从源到负载的输出功率与最高源功率之间的比率。传感器增益包括几个部分：

1.我们可以输入输出阻抗匹配的结果。

2. LNA带来的总放大器增益。

该参数的功能之一是将以下电路矩阵缩减为 2×2。这种矩阵减少有助于测量和计算，电路元件之间的电阻损耗在整个过程中发生。在计算换能器增益时忽略它们。

稳定性是首要考虑

在 LNA 设计过程中，稳定性或抗振荡性是一个重要的考虑因素。一些参数可用于确定低噪声放大器的稳定性。它们包括 S 参数、匹配网络和终端。

三种现象是造成放大器不稳定的原因。他们是：

1.晶体管内部反馈。

2. 原因可能是外接电路，外接晶体管输入。

3. 在必要的工作频段之外获得不必要的增益。

如果您计算 Rollett 的稳定性因子（K ) 使用给定的 S 参数。矩阵行列式与稳定性因子一起可以确定稳定性。放大器只有在K时才稳定 大于1。另外，行列式值不能超过1。

低噪声放大器设计——更合适的阻抗值

史密斯圆图是设计匹配阻抗网络所必需的。传输线通过微带线改变阻抗特性，这些线具有不同的特性阻抗。它们还可以转换任何电阻的值。

匹配网络有两种：

1. 输入匹配网络：这些对于降低噪声影响很有用。它将晶体管输入与源相匹配。这样，我们可以得到尽可能接近最小噪声的噪声系数。

2、输出匹配网络：该网络将晶体管输出与负载匹配。因此，该系统提供了最高的潜在增益最大化功率。

总结

我们希望上述指南对您有所帮助。这些考虑因素对于正确设计低噪声放大器是必要的。

具有较低噪声系数的输入信号将通过 LNA 获得更好的放大。远高于本底噪声的信号将面临互调失真。换能器功率增益、工作增益、MAG 是找到放大器增益所必需的。剩下的重要参数是 S 参数、稳定性和反射系数。不同的阻抗值会导致波反射。阻抗匹配时反射系数为0。

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