【導讀】幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)都(dou)依(yi)賴(lai)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)
，放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)會(hui)放(fang)大(da)它(ta)們(men)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)。基(ji)本(ben)的(de)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)由(you)雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)組(zu)成(cheng)，晶(jing)體(ti)管(guan)偏(pian)置(zhi)使(shi)器(qi)件(jian)在(zai)有(you)源(yuan)區(qu)運(yun)行(xing)。晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)有(you)源(yuan)區(qu)用(yong)於(yu)放(fang)大(da)目(mu)的(de)。當(dang)晶(jing)體(ti)管(guan)偏(pian)置(zhi)為(wei)有(you)源(yuan)區(qu)時(shi)，施(shi)加(jia)在(zai)輸(shu)入(ru)端(duan)子(zi)上(shang)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)會(hui)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)。波(bo)動(dong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)輸(shu)出(chu)電(dian)阻(zu)
，產(chan)生(sheng)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。

本文要點：

• 小信號 RF 放大器的用途。
• 用於小信號 RF 放大器的分壓器晶體管偏置電路。
• 單級小信號 RF 放大器的設計步驟。

幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)都(dou)依(yi)賴(lai)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)，放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)會(hui)放(fang)大(da)它(ta)們(men)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)。基(ji)本(ben)的(de)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)由(you)雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)組(zu)成(cheng)

，晶(jing)體(ti)管(guan)偏(pian)置(zhi)使(shi)器(qi)件(jian)在(zai)有(you)源(yuan)區(qu)運(yun)行(xing)。晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)有(you)源(yuan)區(qu)用(yong)於(yu)放(fang)大(da)目(mu)的(de)。當(dang)晶(jing)體(ti)管(guan)偏(pian)置(zhi)為(wei)有(you)源(yuan)區(qu)時(shi)，施(shi)加(jia)在(zai)輸(shu)入(ru)端(duan)子(zi)上(shang)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)會(hui)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)。波(bo)動(dong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)輸(shu)出(chu)電(dian)阻(zu)，產(chan)生(sheng)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。

有些放大器能放大微弱 RF 輸入信號且（與靜態工作點相比）輸出電流波動較小，它們稱為小信號 RF 放大器。小信號 RF 放大器的設計可以采用共基極、共發射極或共集電極配置。本文將重點介紹共基極小信號 RF 放大器設計。 

單級小信號 RF 放大器

小信號 RF 放大器可以是單級放大器，也可以是多級放大器。在單級小信號 RF 放fang大da器qi中zhong
，使shi用yong晶jing體ti管guan來lai放fang大da輸shu入ru信xin號hao。向xiang偏pian置zhi設she置zhi在zai有you源yuan區qu的de晶jing體ti管guan提ti供gong輸shu入ru信xin號hao。根gen據ju輸shu入ru信xin號hao的de變bian化hua，輸shu出chu電dian流liu也ye隨sui之zhi變bian化hua，從cong而er得de到dao放fang大da後hou的de輸shu出chu電dian壓ya。小xiao信xin號hao RF 放大器也可稱為電壓放大器。

設計小信號 RF 放大器所需的輸入包括輸出電流、輸出電壓、直流偏置電壓和晶體管電流增益。電流增益是晶體管的內部特性，可從產品手冊中獲取。

接下來，我們來了解一下小信號 RF 放大器的晶體管偏置。

小信號 RF 放大器的分壓器晶體管偏置

小信號 RF 放大器的設計從晶體管偏置電路開始。讓我們以一個具有高電平值 NPN 晶體管的共基
、小信號 RF 放大器設計為例。集電極電流和集電極輸出電阻上的電壓分別構成輸出電流和輸出電壓。用 VCC laibiaoshishurupianzhidianya。qingzhuyi，zaibenlizhong

，womenshiyongfenyaqijingtiguanpianzhidianlujinxingjinyibutaolun
，yinweitashifangdaqizhongzuichangyongdejingtiguanpianzhidianlu，erqiedianlujiegoujiandan，gongzuodianwendingxingjiaohao。

當晶體管采用共基配置時，晶體管基極和集電極端的電阻 R2 和 RC 將晶體管連接到直流輸入電壓 VCC。電阻 R1 和 RE 分(fen)別(bie)將(jiang)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)基(ji)極(ji)和(he)發(fa)射(she)極(ji)接(jie)地(di)。通(tong)過(guo)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)，可(ke)以(yi)固(gu)定(ding)晶(jing)體(ti)管(guan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)。分(fen)壓(ya)器(qi)晶(jing)體(ti)管(guan)偏(pian)壓(ya)使(shi)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)幾(ji)乎(hu)不(bu)受(shou)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)（β 值）影響。因此，分壓器偏置電路也稱為與 β 值無關的偏置電路。

要設計這種晶體管，應遵循幾個關鍵步驟。 

單級小信號 RF 放大器的設計步驟

設計帶分壓器晶體管偏置的小信號 RF 放大器時應遵循以下步驟：

針對給定的設計參數，即輸出電流 (IC)

、輸出電壓 (VC)
、直流偏置電壓 (VCC) 和晶體管電流增益，選擇晶體管的工作點。

考慮到偏置穩定性
，發射極電阻 RE 上的電壓固定為 VE。

對於高 β 值晶體管
，集電極 (IC) 和發射極 (IE) 電流大致相等。根據 IE 和 VE，設計電阻 RE 時使用的公式為


電阻 RC 的計算公式為


根據 IC 和 β，基極電流為


對於矽晶體管，基極和發射極上的壓降 VBE 等於 0.7 V。基極電壓 VBB 的計算公式為


從直流輸入電壓到晶體管基極的電流為 IBB。假設 IBB 值
，則電阻為


根據公式 R1，可設計電阻 R2

耦合電容器 Cin 和 CC 設計為阻斷直流電流，隻允許交流電流通過。

旁路電容器 CE 按照公式設計

按照上述步驟
，就可以設計出一個小信號射頻放大器。在小信號 RF 放大器設計中


，穩定晶體管的工作點是一個重要問題。晶體管的內部特性會隨溫度變化而變化
，這會影響放大器的工作點和功能。

Cadence Celsius Thermal Solver 是業界首個麵向電子工程師的熱分析技術。它為單片微波集成電路（MMIC）、集成電路封裝
、射頻 PCB、模塊和微波/射頻係統提供了完整的電熱協同仿真技術。Celsius Thermal Solver 集成在 Cadence AWR Design Environment 平台中，為元件密集的大型射頻/微波係統和高功率放大器（HPA）的設計驗證和簽核提供隨時可用的高容量電熱分析（圖 1）。

圖 1：使用 Celsiu Thermal Solver 對射頻功率器件和合路器彙流排進行分析

利用有限元分析（FEA）場求解器與先進的自適應網格劃分技術相結合，Celsius Thermal Solver可以分析複雜固體結構中的穩態熱傳導，包括帶過孔和氣橋的氮化镓/砷化镓（GaN/GaAs）場效應晶體管（FET）和高電子遷移率晶體管（HEMT）器件，以及帶有凸點或鍵合線的複雜封裝。強大的 3D 熱分布分析與自動化環境中的 3D 電氣仿真相結合，實現真正的電熱協同仿真，對溫度和電流之間的重要相互作用進行迭代。

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