Semestrální práce NÁVRH ÚZKOPÁSMOVÉHO ZESILOVAČE. Daniel Tureček zadání číslo 18 cvičení: sudý týden 14:30

Transkript

1 Semestrální práce NÁVRH ÚZKOPÁSMOVÉHO ZESILOVAČE Daniel Tureček zadání číslo 18 cvičení: sudý týden 14:30

2 1. Ověření stability tranzistoru Při návrhu úzkopásmového zesilovače s tranzistorem je potřeba ověřit, je-li zadaný tranzistor stabilní na dané frekvenci i v jejím okolí. Parametrem charakterizující stabilitu je Rolletův činitel stability. Pro získání Rolletova činitele stability pro zadany tranzistor vytvoříme v návrhovém programu WinMide nový projekt a přidáme do schématu tranzistor, jehož vlastnosti definujeme příslušným souborem s jeho parametry. Graf závislosti činitele na frekvenci pro náš tranzitor je následující: Z grafu vyplívá, že Rolletův činitel stability pro zadanou frekvenci 14 GHz je 1,087. Z toho můžeme usoudit, že zadaný tranzistor je pro tuto frekvenci stabilní. 2. Návrh zesilovače pomocí ideálního vedení Vstupní a výstupní svorky zesilovače je nutné přizpůsobit na impedanci 50Ω a koeficienty odrazu s 11 a s 22 alespoň -20 db.to lze provést pomocí ideálního vedení. Schéma zapojení tranzistoru s ideálním vedením je následující: Ideální vedení mají parametry: Impedanci, elektrickou délku a frekvenci. Aby bylo možné výše uvedené zapojení optimalizovat, je nutné počítači zdělit, který z parametrů vedení

3 bude variabilní. Jako proměnou byla zvolena elektrická délka. Jednotlivé elektrické délky vedení byli označeny proměnými l1 až l4. Dále je nutné při optimalizaci počítači zadat jaké jsou cíle optimalizace. V našem případě to byli hodnoty s 11 a s 22 menží než -25 db. Po zanalyzování a optimalizaci jsme získaly tyto hodnoty l1 až l4: proměná elektrická délka l 1 21, l 2 111,42321 l 3 125,07238 l 4 40, Charakteristiky byli následující:

4 3. Přizpůsobení pomocí diskrétních součástek Při přizpůsobování obvodu pomocí disktrétních součástek postupně nahrazujeme ideální vedení diskrétními součástkami. Nejdříve s obvodu odstraníme ideální vedení na vstupu a bránu připojíme přímo k tranzistoru. Poté zanalyzujeme obvod a z polárního vyobrazení parametru s 11 získáme hodnoty fáze a amplitudy, které zadáme do Smithova diagramu, jenž je součástí programu. Za pomocí Smithova diagramu získáme hodnoty součástek. Z nabídnutých variant vybereme tu nejreálnější.

5 Pro výstupní svorky aplikujeme stejný postup.

6 Posledním krokem je vložení přizpůsobovací obvodů do projektu a sestavení schématu. Výsledné charakteristiky obvodu jsou násldující:

7 Hodnoty paramterů S 11, S 22 a šírka pásma pro přízpůsobení větší než -20 db. parametr A min f min f max f šířka S 11-27,766 db 13,920 GHz 14,120 GHz 200 MHz S 22-66,619 db 13,880 GHz 14,140 GHz 300 MHz Hodnoty parametru S 21 a šířka pásma pro pokles -3 db. parametr A max f min f max f šířka S db 11, 76GHz 15.34GHz MHz

8 4. Přizpůsbení mikropáskovým vedením Přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení je mnohem běžnější než pomocí diskrétních součástek. Základními parametry mikropásku je jeho délka, šířka a substrát na kterém je mikropásek připevněn. Substrát je společný pro všechny pásky ve schématu a jeho hodnoty nastavíme podle zadání. Pro výpočet délky mikropásku použijeme podporogram HF Lines. Nastavíme parametry substrátu a impedanci 50 Ω. Parametrem, který se má vypočítat, zvolíme délku mikropásku w. Výsledky výpočtů jsou následující: Známe-li elektrickou délku vedení, což je v našem případě délka IRTL po optimalizaci, jsme schopni vypočítat skutečnou délku mikropásku a to podle následujícího vztahu: l λ = 360 fyz l ele l e1 21,751 l 1 0,716 l e2 111,423 l 2 3,669 l e3 125,072 l 3 4,118 l e4 40,956 l 4 1,349 Výsledné schéma a charakteristiky vypadají následovně:

9

10 Hodnoty paramterů S 11, S 22 a šírka pásma pro přízpůsobení větší než -20 db. parametr A min f min f max f šířka S 11-31,417 db 13,900 GHz 14,040 GHz 140 MHz S 22-31,417 db 13,879 GHz 14,057 GHz 178 MHz Hodnoty parametru S 21 a šířka pásma pro pokles -3 db. parametr A max f min f max f šířka S db 13,020 GHz 15,074 GHz 2054 MHz Schéma mikropásku:

11 Zapojení mikropásků: 3,669mm 4,118mm 1,794mm ATF ,716mm 1,349mm 1,794mm 1,794mm 5. Závěr Navrhovali jsme úzkopásmový zesilovač se vstupními obvody s diskrétními součástkami a s pomocí úseků mikropáskového vedení. Vstupní obvod s diskrétními součástkami navrhnutý v této zápočtové práci není možno v reálu vyrobit, a to z důvodu velmi nízkých hodnot kondenzátorů a cívek v řádech ph a ff. V případě mikropáskového vedení bylo vyzkoušeno několik různých variant. Obvod s uzemněnými pahýly vyšel jako nejlepší.