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，消息可以是电压或电流，可变的写入时间。与所有放大器一样，低噪声放大器也是一个二端口电路。它消耗电能来增强输入信号的幅度。它导致更高的比例输出信号。

本文讨论了 LNA 设计中需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提供 100（+20 分贝）的功率增益。同时，它可以将信噪比降低高达 3 dB（小于 2 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），噪声系数就是指这种降低。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来自低噪声放大器的结果更好。在分贝方面，噪声系数与噪声因子相同。

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。

放大器电路中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功率之比。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，设计人员需要在他们的 PCB/电路设计中考虑一些因素。其中一些包括选择低噪声组件和阻抗匹配。

为了计算放大器功率增益，您将需要 3 个参数的值。参数是：

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。换能器功率增益则与操作功率增益相同。

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的比值就是工作功率增益。

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 和 PSM 的比率。

这些参数的值取决于许多因素，例如负载、输入、输出和源。还需要反射系数和 S 参数来导出上述值。

传输线背景

传输线是一种可以远距离传输信号的导电介质。损失或失真最小（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) 以相反的方向行进。

如果 ZL 不等于 Z0，负载会向源反射一些入射波。该过程在无损传输线中作为无限循环进行。

完美阻抗匹配情况下的反射系数为零

反射系数是入射波与反射波的比值。当负载阻抗等于特征阻抗时，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。

射频网络中的各个反射系数

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图。它确保快速构建 2 个网络点之间的传递函数。

流图中的节点代表不同的变量。自变量通过不同的路径与依赖变量联系起来。增益值附加在路径函数上，它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。

匹配负载以研究 S 参数而闻名。主要原因是易于使用高信号频率。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 参数表示多个板载组件的电气特性。组件可能包括：

1. 电阻

2.电感

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性。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。反向转移导纳为零。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，我们就可以评估 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的原因。

更多传感器增益

RF 放大器设计中最常见的增益项是换能器增益。根据定义，从电源到负载的输出功率与最高电源功率之间的比率。换能器增益包括几个组成部分：

1.我们可以输入输出阻抗匹配的结果。

2. LNA 导致的总放大器增益。

该参数的作用之一是将以下电路矩阵缩减为 2×2。这种矩阵约简有助于测量和计算，电路元件之间的电阻损耗会在整个过程中发生。在计算换能器增益时忽略它们。

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稳定性是首要考虑因素

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，外接三极管输入。

3. 在必要的操作频带之外的不必要的增益。

如果您使用给定的 S 参数计算 Rollett 的稳定性因子 ( K )会有所帮助。矩阵行列式与稳定性因子一起可以确定稳定性。只有当K 大于 1时，放大器才稳定 。此外，行列式值不得超过 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。传输线使用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器的值。

有两种类型的匹配网络：

1. 输入匹配网络：这些对于减少噪声影响很有用。它匹配晶体管输入到源。这样，我们可以获得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。

概括

我们希望上述指南有用。这些考虑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。传感器功率增益、操作增益、MAG 是找到放大器增益所必需的。其余重要的是 S 参数、稳定性和反射系数。不同的阻抗值会导致波反射。当阻抗匹配时，反射系数为 0。

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