能获得最大资用功率增益的单级微波晶体管放大器设计

现在我们要考虑设计意义上的放大器规格。即给定一个设备，针对特定的 值设计输入和输出匹配网络。事实上，可能的解决方案有很多，因此我们需要考虑如何获得最佳解决方案。首先要考虑的是稳定性。

放大器的稳定

我们首先考虑负电阻的概念。负电阻将向负载输送功率，而不是像正电阻那样消耗功率。

负电阻将导致不稳定。如下图中的环路。如果 ，则环路中不会有净电阻。这会将复数极点定位在 轴上，如图 4 所示。瞬态响应的形式为 ，它是持续的正弦振荡。

为了无条件稳定，我们需要，

同时为了避免负电阻，需要 并且，

大多数微波器件很少能获得这种无条件稳定性，因此我们需要确定 和 平面中的稳定区域。一旦我们知道了这一点，我们就可以避免不稳定区域或向晶体管添加电阻负载以获得无条件稳定性。

条件稳定

我们可以通过「稳定圆」来对放大器的稳定性进行评估。有定义如下，

其中

这些稳定圈形成了稳定运行和不稳定运行之间的边界。如果我们考虑 史密斯圆图上的图，则：

1. 如果圆圈与图表相交，则存在不稳定区域；
2. 如果没有交叉点，则设备或放大器无条件稳定。

以类似的方式，您可以在源平面上执行相同的操作，

无条件稳定

如果稳定圆位于史密斯圆图之外，则 的任何值都不会导致不稳定。

Rollett 稳定系数

有一个不太具体的稳定性指标，通常在以下情况下保证无条件稳定性：

需要注意的是：

1. 如果晶体管可能不稳定，则通常有 和 ；
2. 可能求得 k 的负值导致大多数史密斯圆图产生不稳定。
3. 您必须检查系统设计中所有频率的稳定性。 虽然如果您选择无条件稳定的设备，生活会变得更加轻松，但它可能会导致设计无法突破性能的极限。

如何进行放大器设计

我们现在有两种可能性，

1. 我们可以适当选择 和 以保证稳定性；
2. 我们通过电阻稳定放大器，使其不会振荡，即 和 。

电阻稳定放大器

这种方法的缺点是增益降低、噪声增加（因为电阻器会增加热噪声并被放大）以及频率响应降低。

考虑所有频率的稳定性非常重要。例如，MMIC（单片微波集成电路）低噪声放大器通常会使用 HEMT，因为它可以在微波和毫米波频率下实现高增益和低噪声。该器件可能在设计频率下稳定，但它们在 MHz 和低 GHz 频率下具有非常高的增益（可能会引发意外的振荡或反馈效应），由此导致设计的放大器可能在这些波长下不稳定。

如何使放大器在所有频率下保持稳定而不影响带内频率的性能

直接在漏级或者栅极添加电阻会增加热噪声并且降低设计频谱下的增益。为了克服增益和噪声的下降，我们需要在工作频率下将电阻器与晶体管去耦。

这可以通过设计匹配电路以包括并联电感并将稳定电阻器放置在电感器的接地端来实现。感抗在需要稳定性的频率处较低，但在带内波长处较高。下图显示了具有电感去耦栅极电阻的典型匹配网络。

使用共轭匹配设计最大增益

针对特定增益进行设计