بررسی و طراحي تقويت كننده ترانزيستوري RF

بررسی و طراحي تقويت كننده ترانزيستوري RF

تعداد صفحات: 105

حجم فایل: 399 KB

فرمت فایل: word

دسته بندی:

قیمت: 269,900 ریال

تعداد نمایش: 447 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 20 آوریل 2023

به روز رسانی در: 20 آوریل 2023

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

269,900 ریال – خرید

متن فاقد شکل می باشد.

 

همچنين در شكل 9     28  مقداري نشان داده شده كه رنج ديناميكي آزاد کاذب ناميده مي شود كه تحت فرمول زير بيان مي شود .

 

.P 526

مقادير معمول براي Pin,mds=     100dBm  MESFET و IP=40dBm و df=85dB مي باشند.

 

9.7.3 تقويت كننده هاي چند طبقه :

مدار تقويت كننده چند طبقه اگر كه نيازبه بهره توان تقويت كنندگی خيلي بالا است, بايد بررسي شود و يك تقويت كننده یک طبقه ممكن است قادر نباشد به آن دست يابد. يك مثال معمولي از يك تقويت كننده دو طبقه اي BJT در شكل 9     29 نشان داده شده .

 

شکل 9     29

در كنار ورودي و خروجي شبكه هاي تطبيق معمولي (MN3, MN1) ، اين پيكر بندي اصطلاح , شبكه تطبيق ذاخلی(MN2) را, براي تطبيق خروجي طبقه 1 با ورودي طبقه 2 نشان مي دهد .

به علاوه براي برقراري تطبيق مناسب، MN2 همچنين مي تواند براي شرايط يكنواختي بهره استفاده شود.

با فرض يك شبكه بدون تلف و بطور بهينه تطبيق شده ، اجازه بدهيد كه مهمترین پارامتر هاي عملكردي دو طبقه اي را خلاصه كنيم . بهره قدرت كل Gtot يك تقويت كننده دو طبقه اي تحت شرايط عملكرد خطي ، با جمع مقادير مستقل بهره هاي G1 و G2 به صورت dB بدست مي آيد .

Gtot(dB)=G1(dB)+G2(dB)

يك افزايش در عملكرد بهره متاسفانه سبب افزايش در عدد نويز همانگونه كه در ضميمه H بحث شد مي شود. به طور مشخص اگر F1 و F2 به ترتيب عددهاي نويز در ارتباط با طبقه های 1و 2 را مشخص كنند، ما يك عدد نويز كلي را بدست مي ‌آوريم :

  9.110       

به علاوه اگر مينیمم سيگنال قابل تشخيص Pin,mds در 3dB بالاي نويز حرارتي در ورودي ، بوسيله رابطه Pin,mds=Ktb+3dB+F1 داده شود مينم قدرت قابل تشخيص خروجي Pout,mds مي شود:

Poutmds(dBm)=KTB(dBm)+3dB+ftot(dB)+Gtot(dB)

(9.111)

همچنين مشخصه هاي ديناميكي تحت تاثير هستند . براي مثال Rhode و bucher (بخش خواندنيهاي اضافه را ببينيد) نشان دادند كه نقاط باز دارنده درجه سوم كه قبلا بطور مختصر اشاره شدند تغيير مي كنند با :

 

كه IP1 و IP2 نقاط باز دارنده درجه سوم مرتبط با طبقه های 1 و 4 هستند .

سرانجام رنج ديناميكي غير كاذب dftot تقريبا

dftot(dBm)=IPtot(dBm)     Pout,mds¬(dBm)   (9.113)

معادله (9.113) همچنين نشان مي دهد كه اضافه کردن طبقه دوم كل بهره ديناميكي را كاهش مي دهد.

 مثال 9.18: انتخاب ترانزيستور براي طراحي تقويت كننده چند طبقه اي:

 تقويت كننده با Pout,1dB=18dBm و بهره توان كه كمتر از 20dB مي باشد طراحي كنيد . از ترانزيستور هاي ليست شده در جدول 9     8 كه مشخصه هاي مربوط را در فركانس عملكرد 2GHZ نشان مي دهد كه تعداد طبقات را براي تقويت كننده مشخص کنید و درباره انتخاب ترانزيستور مناسب براي هر طبقه بحث مي‌نمايد. به علاوه عدد نویزFtot و نقطه باز دارنده درجه سوم IPtot تقويت كننده را حدس بزنید :

 

جدول 9     8

حل : از زمانيكه قدرت خروجي بايد 18dBm باشد تنها انتخاب ترانزيستور براي طبقه خروجي تقويت كننده BFG540 است بدليل

P 528.

 اينكه قدرت خروجي تقويت كننده Pout,1dB=18dBm است كه خيلي كمتر از Pout,1dB ترانزيستور BFG540 است ، كه آن مي تواند در ماكزيمم بهره G=7dB عمل كنند . اين بدين معني است كه طبقات باقي مانده تقويت كننده بايد بتوانند كه حداقل 20dB     7dB=13dB بهره را تهيه كنند.

بنابراين تقويت كننده ما بايد حداقل سه طبقه اي باشد .

براي داشتن 18dBm توان خروجي در طبقه آخر، ترانزيستور طبقه دوم بايد بتواند يك سطح بهره Pout,1Db=18dBm     7dBm=11dBm را توليد كند، كه اين ترانزيستور BFG505 را از کاندیداهای  ممكن ليست حذف مي كند . با توجه به اينكه BFG540 قابليت حمل قدرت خيلي بالاتري را از مقدار لازم براي طبقه دوم دارد ما BFG520 را انتخاب مي كنيم .

بنابراين واقعيت كه Pout,1dB=11dBm است و خيلي پايين تر از بهره فشرده 1dB است ترانزيستور طبقه دوم خيلي پايين تر از نقطه فشردگي عمل خواهد كرد و ماكزيمم بهره برابر Gmax=9 خواهد بود . بنابراين ترانزيستور در طبقه اول بايد مينمم گين G=13dB     9dB=+4dB داشته باشد و قادر باشد كه توان POUT=11dBm     9dBM=2dBm را فراهم نمايد . بنابراين BFG505 جهت كار با Pout=2dBm و G1=4dB مناسب تر است وقدرت ورودي به تقويت كنند برابر است با :

Pin=     2dBm

همانگونه كه در ضميمه H نشان داده شده عدد نويز كل آمپلي فاير با فرمول زير محاسبه مي شود.

 

و اگر بهره طبقه اول بالاباشد عدد نويز كل به حداقل مقدار خود مي رسد . BFG505 نمي تواند بهره اي بالاتر از 6dB را تهيه كند براي اينكه در اين مورد (براي يك Pin داده شده ) به نقطه فشردگي مي رسد. اگر در طبقه اول از BFG520 استفاده شود اين مشكل بوجود نخواهد آمد. ما مي توانيم طبقه اول را براي بهره ماكزيمم و طبقه دوم را براي توان لازم براي راه اندازي ترانزيستور خروجي طراحي كنيم ما همچنين مي توانيم بهره هاي طبقات مستقل را تنظيم كنيم تا هيچ كدام از ترانزيستور ها به نقطه فشردگي نرسند .

بلوك دياگرام تقويت كننده حاصله در شكل 9     30 نشان داده شده است ، كه بهره هر طبقه بر طبق بحث هاي پيشين انتخاب شده است . عدد نويز اين تقويت كننده بدست مي آيد با :

 

 

شکل 9     30

P529.

توان خروجي در نقطه باز دارنده درجه سوم با استفاده از رابطه (9.112) محاسبه شده و برای تقویت کننده سه طبقه ای تغییر یافته است:

 

که فرمول قبلی از رابطه (9     112) اول به وسیله محاسبه  IP از دو مرحله اول و سپس دوباره جايگزين آن در معادله (9.112)  بدست آمد.

تحليلهاي بالا واقعا يكي از اولين قدمهاي مورد نياز در فرآيند طراحي تقويت كننده مي باشد . اينجا قدمهاي مهم انتخاب مناسب انواع ترانزيستور و تصميم درانتخاب تعداد طبقات است . آنها سپس وارد نقطه شروع تحليل جز به جز عملكرد مي شوند .

 

9.8 خلاصه

اين فصل به مسئله طيف گسترده مفاهيم طراحي تقويت كننده مي پردازد . اول ارتباطات مختلف توان تعريف شدند . بطور مشخص بهره توان انتقالی

 

به خوبي شناخته شده است و عملكرد بهره هاي توان از اهميت كليدي برخوردارند . ما سپس معادلات دایره های پايداري و رودي و خروجي مختلف را بدست اوردیم و معني پايداري غير شرطي را امتحان كرديم . به خصوص فاكتور:

 

كه جهت برآورد كردن پايداري غير شرطي يك وسيله فعال بكار گرفته شده است . اگر ترانزيستور به ناپايداري برود ، به مقاومتهاي موازي يا سري اضافی مي توانند براي پايداري وسيله اضافه شوند .نکته  بعدي دايره هاي بهره يك طرفه هستند كه در نمودار اسميت نشان داده شده اند . معادلات مكان و شعاع :

 

كه اينها اطلاعاتي بدست مي دهد كه مقادير بهره ثابت معين تحت شرايط طراحي يك سويه مكان يابي مي شوند(بهره قدرت معكوس بي اهميت فرض مي شود). خطاي ايجاد شده با استفاده از روش طراحي يك سويه بالاي طراحي دو سويه از طريق حالت تك سويه سنجيده مي شود اگر روش تك سويه خيلي غير دقيق بشود يك طراحي دو سويه بايد پيگير ي شود. كه به ضرايب انعكاس مختلف متقارن   در پورتهای ورودي و خروجي منجر مي شود .

تطبيق بهینه

 

با مقدار بالاي   در طراحيهاي تقويت كننده با بهره بالا حاصل مي شود . شروع از بهره توان در حال كار فشرده دايره هاي بهره ثابت تحت تطبيق بهينه منبع حاصل مي شوند . بطور مكرر بهره توان در حا ل كار آماده ، دايره هاي بهره ثابت ،تحت بار تطبيقي بهينه شده مشتق مي شوند . ما سپس اثر نويز توليد شده بوسيله يك تقويت كننده را بررسي كرديم با استفاده از عدد نويز يك شبكه جنريك دو پورتي:

 

معادلات دايره ها براي نمودار اسميت محاسبه شده اند . دايره هاي عدد نويز مي توانند بوسيله طراح مدار براي بده بستان بابهره تحليلي ثابت هدايتي قبلي بكار روند .

يك برسي روي كاهش VSWR بعنوان قسمتي از استراتژي شبكه تطبيق ورودي و خروجي مختلف به اين نتيجه مي رسد كه : اضافه كردن مجموعه معادلات دايره ها به VSWR در پورتهاي شبكه تطبيق مقادیر زیر را نتیجه میدهد :

 

P531.

تركيب نمونه هاي دايره هاي مختلف اجازه مي دهد كه، تقويت كننده سيگنال كوچك بر مبناي  بهره در حال كار ثابت، عدد نويزو دايره هاي VSWR، بطور پیوسته در نمودار اسميت نشان داده شود .

براي طراحي هاي پهن باند، ما در ممورد نياز به شبكه هاي تطبيق جبران شده فركانسي توسعه يافته در تلاش براي رنج فركانسي عملكرد گسترده ، صحبت مي‌كنيم. استفاده از حلقه فيدبك منفي به عنوان راهي براي صاف كردن بهره قدرت در طول رنج فركانسي پهن باند معرفي شده است . در كاربرد هاي تقويت كننده قدرت بالا ، موضوعهاي ارتباط يافته با فشردگي توان خروجي، از زمانيكه آنها به رنج تقويت ديناميكي محدود مي شوند . وابستگي مهمي هستند .

يك عدد مهم شایستگی نقطه فشردگی dB 1 است:

Pout,1dB(dBm)=G0(dB)     1dB+Pin1dB(dBm)

علاوه بر اين يك مشخصه غير دلخواه ديگر پديده اعوجاج مدولاتور داخلي متناسب با وجود قابلیت غیر خطی بودن است . سرانجام توان فشرده ، عدد نويزو بهره در زمينه آمپلي فاير هاي چند طبقه ای اي برسي شدند .

پاسخ دهید