Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
4. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЕЙРассмотрим структуры и методы расчетов усилителей, которые достаточно просты и точны, а также удобны для разработок микроэлектронных СВЧ усилителей. Расчет усилителя следует начать с выбора типа транзистора. Транзистор должен иметь на рабочих частотах коэффициент шума
где Для безусловной устойчивости справедливы следующие ограничения: Итак, режим работы каждого каскада усилителя выбирают безусловно устойчивым, после чего переходят к расчету схем согласования входа и выхода каждого каскада с примыкающими к ним устройствами. При этом учитываются два фактора: согласование транзистора на максимум передачи мощности не совпадает с согласованием на минимум коэффициента шума; коэффициент шума
где все величины безразмерные. Обычно первые два каскада согласуют по минимуму коэффициента шума, а остальные — по минимуму неравномерности коэффициента передачи в рабочей полосе частот. Для получения минимума коэффициента шума каскада следует комплексную проводимость источника сигнала, имеющую коэффициент отражения
где Коэффициент отражения
Так как коэффициент шума не зависит от нагрузки, то выход каскада согласуется по максимальному усилению. Для этого нагрузка должна иметь следующий коэффициент отражения:
или комплексное сопротивление
Остается трансформировать разную структуру (рис. 5.4,а), так как параллельный шлейф, закороченный через емкость на землю, удобно использовать для подачи напряжения смещения Порядок расчета каскада следующий [72, 141]. 1. Определяют в заданном частотном диапазоне комплексное сопротивление входной или выходной цепи транзистора и аппроксимируют его в полосе частот простой цепью. Если вещественная часть сопротивления более постоянная, чем вещественная часть проводимости, то нагрузку лучше представить в виде последовательной
Рис. 5.4. Т-образная структура согласующего трансформатора (а) и широко-полосный согласующий трансформатор 2. При последовательной цепи нагрузки к ней последовательно подключают реактивный элемент так, чтобы получить в ней последовательный резонанс на средней частоте диапазона Для выбора прототипа фильтра нижних частот для схемы согласования рассчитывают декремент затухания
где Для получения лучшгго согласования реактивный элемент, подключаемый к нагрузке, должен быть более сосредоточенным и располагаться как можно ближе к нагрузке. Если размеры реактивного элемента достигают четверти длины волны и более, или он расположен на значительном расстоянии от нагрузки, то увеличивается добротность резонансной нагрузки и сужается полоса согласования. Число резонаторов схемы согласования индуктивности
Рис. 5.5. Величина элементов чебышевских согласующих цепей в зависимости от Применение в схеме попеременно импедансных и адмитансных инверторов позволяет использовать последовательные четвертьволновые резонаторы, которые очень легко реализовать в микроэлектронном исполнении в виде отрезка линии. Для чебышевской аппроксимации АЧХ, при которой схема согласования получается в
где При этом максимальный коэффициент отражения
Величины элементов чебышевских согласующих цепей в зависимости от декремента 6 построены на рис. 5.5 [141]. Структуры инверторов изображены на рис. 5.6. (см. скан) Для получения максимального усиления в полосе частот применяют простой способ согласования, при котором коэффициент передачи схемы согласования на верхней частоте диапазона максимальный, а затем уменьшается с определенной скоростью. Выходную цепь транзистора можно представить в виде параллельного сопротивления Явых и емкости усиление на верхней частоте диапазона Такое согласование на практике удобно выполнять по схеме рис. 5.7, а, при этом параллельное соединение
Рис. 5.7. Схема согласования выхода транзистора (а) и эквивалентная схема выходного трансформатора (б) После этого необходимо скомпенсировать выходную емкость на верхней частоте рабочего диапазона с помощью последовательной индуктивности
Затем между выходом индуктивности (см. скан) На верхней частоте Для расчета усилителя с узкой полосой частот (до 5 %) можно воспользоваться методикой, описанной в работе [115]. Цель расчета — определить геометрические размеры согласующих микроэлектронных линий, подключаемых к транзистору, которые обеспечивают требуемое согласование на заданной центральной частоте диапазона. Усилитель состоит из нескольких идентичных каскадов. Сначала выбирают схему (топологическую) (рис. 5.8). Для подключения к транзистору питающих напряжений входной и выходной согласующие трансформаторы усилителя необходимо выполнять Г-образной конфигурации, причем параллельный шлейф должен быть короткозамкнут через емкость. Но с точки зрения удобства перестройки усилителя на МПЛ лучше, чтобы эти шлейфы не были закорочены по СВЧ, поэтому на практике необходимо искать компромиссные решения: например, для первого каскада усилителя выполнить оба шлейфа короткозамкнутыми, а во втором каскаде (если схема усилителя имеет гальваническую связь между выходом первого и входом второго транзистора) входной шлейф выполнить незакороченным, а выходной — короткозамкнутым. Вначале выбирают режим транзистора, обеспечивающий минимум коэффициента шума или максимум усиления. Рассмотрим случай максимального усиления. Для выбранного режима измеряют или рассчитывают
Рис. 5.8. Электрическая (а) и топологическая (б) схемы однокаскадного усилителя на копланарной линии Определяют максимальное усиление по мощности
при этом перед радикалом «+», если
Рассчитывают требуемый импеданс генератора
где Требуемый импеданс нагрузки
где Вычисляют реактивную проводимость параллельного шлейфа выходного трансформатора
где Вычисляют реактивную проводимость параллельного шлейфа входного трансформатора:
Определяют длины параллельных шлейфов:
где
Определяют длины последовательных шлейфов
где
После расчета первого каскада переходят к расчету второго, который рассчитывают по входу на минимум коэффициента шума. Первый каскад можно согласовывать с величиной импеданса, при которой коэффициент шума
|
1 |
Оглавление
|