一种增大放大器增益的方法
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S参数是一个重要参数，该参数可以用来搜集晶体管数据，然后用这些数据预测性能，设计一个放大器电路。第一部分指出，与Z、Y、ABCD参数不同，S参数的取值不仅依靠晶体管的性能还依靠源极电路和负载电路。因为S参数测量的是发射波和反射波，这种测量主要依靠晶体管、源极和负载电路。(图1)
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即使在装置端口没有真实的波导线，我们也可以应用反射系数和移动波的概念。假设输入反射系数ΓIN等于S11，ΓOUT等于S22。由于反馈的存在，这些参数可以作如下修正：
对于两端网络，普通传感器的增益可用S21和S12表示，无论是不是晶体管都有如下表达式：
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如果S12 = 0，则ΓIN = S11，ΓOUT = S22。此外，如果S12 = 0，则传感器增益变为：
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可以被分解为三个独立的增益系数：
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方程3中的单向增益(图2)公式要求知道ΓS和ΓL值。最大化GS时，ΓS值选择如下：
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然后
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类似，最大化GL时，ΓL的值选择如下：
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然后
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在单向假设的基础下，S12 = 0，则从晶体管获得的最大增益为：
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这样可以得到全部增益(dB)(图3)：
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这里可以认为GS和GL增益(或损失率)是通过匹配(或故意的失配)输入、输出电路获得的。如果实际晶体管中S12 ≠ 0，则前面计算增益的方程8和9就存在误差。在这种情况下，增益GT的真实值就和计算的单向增益GTU有关了：
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这里：
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由于U值取决于S参数和单向品质因数，则U值随频率的变化而变化。对于晶体管2N6679A，应用表10.1-1中所示的在1 GHz处的S参数值，U计算如下：
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可见，在1 GHz处晶体管2N6679A可以应用单向增益的近似值，误差不大于1.4 dB。为了获得最大增益应用单向增益设计，50Ω的源极电阻转变为ZS = ZIN*，50Ω的负载电阻转变为ZL = ZOUT*。由S参数可得：
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规格化：
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通过增加稳定化处理单元，S参数可以得到修正。修正后的S参数必须可以用于稳定的2N6679A晶体管电路中。这种修改是很难实现的，但应用网络模拟软件却是容易实现的。修正的S参数如表1所示。
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对于放大器匹配问题有很多处理方法。例如，可以应用Q匹配方法。为了把一个电阻RH转变为一个更低的阻值RL，可以在该电阻上并联一个值为RH/Q的电阻。串联等效电路的等效电阻为RL = RH/(1 + Q2)。然后，用一个符号电阻与该串联等效电阻谐振，则在1 GHz处输入电阻变为：
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有必要把50Ω的源极电阻转变为ZIN*，这样：
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先把50Ω的源极电阻转变为10.43 Ω：
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把50 Ω的电阻转变为更低的电阻(图4)，先在该50 Ω的电阻上并联一个旁路电抗。因为最终的转化值ZS有感性部分，则该旁路电抗应选择一个电容器。当Q为1.948时，则L1的电抗为+25.667 Ω。L1可以这样得到：
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正确的等效电路要求有10.43Ω的实部，由于电路的Q值不变，则虚部为+j20.32Ω。但是，电路中有一个+7.238Ω的电抗，所以这部分电抗可以用一个串联电容器C2消除。电抗C2的大小是20.32 7.24 = 13.08 Ω。电容器C2值如下：
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最后的电路和性能如图5所示。
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由于输出的调整，增益S21在1 GHz处的值为18.4 dB，对比稳定化(未调整)的单一晶体管(见第二部分)15.9 dB的增益，有2.5 dB的增益改进。这样稳定后的晶体管就调整了2.5 dB的失谐误差，S11的值为0.661(表1)。注意，S21是图5所示的全部两端网络的增益。
同样如表1所示，|S22| = 0.414。这就意味着由于输出失谐损失了17%的功率。为了恢复这些损失，增益应该再增加0.8 dB。调整输出端口，由表2，在1 GHz处的输出阻抗为(88.493 j46.646) Ω。50Ω的负载电阻就被转变为更为复杂的值或为：
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使用Q匹配方法作用于回路，首先将50Ω这个较低电阻变换成较高的88.493Ω。这个过程起始于串联电感回路，因此L2的选择是任意的。电阻变比是88.493/50并且所需要的Q为0.877，因此L2的值为6.99 nH.并联等效电路由88.493-Ω电阻所组成，并且这个电阻被一个值为88.493/0.877 = 100.86Ω的并联感应电阻所分路。再加上一个1.576pF的电容C2，这个并联谐振频率为1GHz。一个附加的+j46.646Ω的无功阻抗用来将50-Ω的负载转换到等式22中的ZL，这个过程通过7.43nH的电感.L3而完成。具有单侧调谐输入输出的稳定的2N6977A放大器电路如图5所示，并附带其特性图。
当输入输出相匹配且频率为1GHz时增益为20dB。这在所期望的最大增益19.2dB的1dB的范围内。检索灵敏度系数分析显示增益估计的误差在1.18dB和1.37dB之间。20dB的增益是一个增加超过1.6 dB输入匹配的例子。这比所期望提高0.8dB增加的更多。同时，从图5中的S11和S22的曲线可以看出输入输出匹配并不理想。当晶体管内部反馈S12,忽略时，这些不准确性出现在单侧增益方法中是可以预见的。
为了最优化性能，可能需要寻找电源和负载阻抗对，它们能在任何给定的频率下与晶体管相匹配。这种方法(同步共轭匹配)将在下个月的后续文章的第四部分提到。
作者：Joseph F. White
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