Vokofrekvenční obvod aktivními prvk Základními aktivními prvk ve vokofrekvenční technice jou bipolární a unipolární tranzitor. Dalšími aktivními prvk jou hbridní nebo monolitické integrované obvod.
Tranzitor základní dělení Bipolární (BJT - B-báze, E-emitor, C-kolektor) Unipolární (FET G-(gate)báze, S-(ource) D-(drain)kolektor Polovodičový ubtrát - křemík (Si) - Galium Arenid (GaA), (GaN)
Technologie MOSFET, MESFET, HEMT Úroveň ignálu nízkošumové, pro malé ignál, výkonové Model tranzitoru pro návrh obvodů Linearizovaný dvojbran (pro malé ignál) Fzikální model tranzitoru (pro nelinární obvod)
Tranzitor jako linearizovaný dvojbran I + U U I + U U
0 U U I 0 U U I 0 U U I 0 U U I vtupní admitance při výtupu nakrátko zpětnovazební admitance při vtupu nakrátko přenoová admitance při výtupu nakrátko výtupní admitance při vtupu nakrátko
a) b) Obr. 5.5 a) Matematický model tranzitoru, b) modifikovaný matematický model tranzitoru
Rozptlové parametr tranzitoru Obr. 5.6 Zapojení pro tanovení rozptlových parametrů tranzitoru b + a a b + a a
b a a 0 vtupní napěťový činitel odrazu při Z Z Z C b a a 0 vložné napěťové zeílení ve zpětném měru při Z G Z C b a a 0 vložné napěťové zeílení v přímém měru při Z Z Z C b a a 0 výtupní napěťový činitel odrazu při Z G Z C
Rozptlové parametr tranzitoru jou bezrozměrná komplexní číla závilá na pracovním bodě tranzitoru, kmitočtu, teplotě a na charakteritické impedanci vedení. Obvkle Z C Z Z 50Ω G Z Parametr a jou činitelé odrazu a jako takové je lze zakrelit do Smithova diagramu. Jejich modul nabývá hodnot v rozmezí 0 až.
Modul parametru bývá menší než 0,. Modul parametru bývá větší než (do cca 30). Výrobci udávají rozptlové parametr tranzitorů buď v tabulkové formě nebo grafick.
Obr. 5.7 a) Fzikální lineární model pro kmitočt do cca 300 MHz, b) Giacolettův model tranzitoru Fzikální vf model bipolárního tranzitoru Eber-Mollův Giacolettův
Mezní kmitočt tranzitoru f β f α f f T f max 6 db/okt 0 db/dek 6 db/okt 0 db/dek 3 db 6 db/okt 0 db/dek 3 db
Zeilovače (úzkopámové) Obr. 5.8 Schéma zapojení jednotupňového zeilovače
Náhradní obvod pro výpočet
I Ig Yg U I Yz U I + U U I + U U Vtupní admitance zeilovače Y vt G vt + jb vt I U + Y z
Výtupní admitance zeilovače I g 0 Y výt G výt + jb výt I U + Y g V rovině pro činitele odrazu generátoru a zátěže g Y Y c c Y + Y g g z Y Y c c Y + Y z z vt + z z výt + g g
Napěťové zeílení z u Y U U A + Proudové zeílení ( ) Y Y I I A z z i + ( )( ) Y Y Y I I A z g z g i + +
Výkonové zeílení ( ) z Y z U P Re z z Y I P Re ( ) vt Y vt U P Re vt vt Y I P Re ( ) ( ) ( ) ( ) vt z i vt z u vt z vt z vt z P Y Y A Y Y A Y I Y I Y U Y U P P A Re Re Re Re Re Re Re Re
Provozní výkonové zeílení je poměr činného výkonu dodávaného do zátěže (nemuí být přizpůobena) a činného výkonu dodávaného generátorem do vtupu tranzitoru za podmínk výkonového přizpůobení, kd platí Y Y g vt
Doažitelné výkonové zeílení je poměr činného doažitelného výkonu, který je tranzitor chopen dodat do přizpůobené zátěže a činného doažitelného výkonu, který je generátor chopen dodat do přizpůobeného vtupu tranzitoru. Vtup tranzitoru nemuí být přizpůoben. Obecně platí, že doažitelný výkon zdroje nezávií na zátěži (vtupní admitanci tranzitoru) a je funkcí pouze parametrů zdroje.
Maximální doažitelné výkonové zeílení je poměr činného výkonu dodávaného do zátěže za podmínk výkonového přizpůobení a činného výkonu dodávaného generátorem do vtupu tranzitoru také za podmínk výkonového přizpůobení. Definice platí pro abolutně tabilní zeilovač.
Abolutní tabilita zeilovače imitanční G > 0 > 0 vt G výt < < vt výt kritérium Pro všechn paivní admitance na vtupu a výtupu G g > 0 G z > 0 g < z < Jinak je zeilovač potenciálně netabilní
Rolletův činitel tabilit k R g g Re ( ) kr kr > < abolutně tabilní potenciálně netabilní
Analýza zeilovače (obecná) Y + Y Y G + Y + Y + Y Z I + Y U U I + U Y U
( ) j G α + Y ( ) j G α + Y kde g G G G G + + G Z G g G + + ( ) ( ) + + j j U U G G I I α α
Podmínka pro vznik ocilací det Y G G + jα GG + jα 0 e j ( ϕ +ϕ ) regenerační úhel Φ ϕ + ϕ regenerační činitel zeilovače T G G
( + jα ) ( jα ) T e jφ 0 + Nejhorší případ α α α ( + jα ) T e jφ 0 regenerační činitel tranzitoru t g g 0 < T < t
( + jα ) T e jφ 0 Obr. 5.4 Mez tabilit jednotupňového Obr. 5.5 zeilovače identickými rezonančními obvod Znázornění regeneračních činitelů
T m + coφ S T m (3 až 0) T Při velkých hodnotách činitele tabilit vchází malá hodnota regeneračního činitele, kterou zajitíme zvýšením G G hodnot oučinu, tj. větším zatížením vtupu a (nebo) výtupu tranzitoru. V takovém případě je ice zaručen tabilní režim, avšak za cenu malého zeílení zeilovače.
Naopak při malých hodnotách činitele tabilit má regenerační činitel větší hodnotu a vtup rep. výtup tranzitoru nemuí být tolik zatížen připojenými vodivotmi. Zeilovač může doáhnout dotatečného zeílení, avšak je náchlný k netabilitě.
Návrh linearizovaného zeilovače při popiu rozptlovými parametr
Doažitelný provozní zik G T P P L AS ( ) ( ) ( )( ) S S L L S L Vtupní a výtupní činitel odrazu IN + L a S OUT L S +
G T max P P L AS ( ) ( ) ( )( ) SM SM LM LM SM LM B ± B C * SM C 4C C * B +
B ± B 4C * C LM C C * B + Rollettův činitel tabilit K +
K > Zeilovač je nepodmíněně tabilní, je-li K > a < Tato podmínka je ekvivalentní K > a B 0 >
Agilent ATF-5543 - nízko šumový, peudomorphic HEMT V DS V, I D 0 ma
Pro maximální provozní zik lze také odvodit G T max P [ ] K L K P Pro K je tento zik maximální AS MSG Pro nepodmíněně tabilní tranzitor lze definovat doažitelný zik G A P P AL AS S L L
je-li vtupní a výtupní činitel odrazu * S IN Tímto způobem lze tanovit konkrétní zeílení na daném kmitočtu, je-li tranzitor abolutně tabilní (!) (to je ale jenom málo kd). * L OUT Mnohem praktičtější je náledující potup. V rovnici pro G T položíme, což praktick znamená, 0 že jme zanedbali vnitřní zpětnou vazbu v tranzitoru. Při výpočtu zeílení tím nevznikne velká chba ale tabilitu muíme všetřit jiným způobem.
Provozní zik unilateralizovaného zeilovače potom je G TU P P L AS S L L a IN OUT Rovnici pro G TU můžeme potom napat G G G TU S 0 G L
v které G S S S G G G TU S 0 G L G G L 0 L L TU ( ) G ( db) G ( db) G ( db) G + + db S 0 L
Při výkonovém přizpůobení na vtupu a výtupu * S * L G S max G L max G TU max
G TU max ( db) + + 0log 0log 0log Velikot chb, která vznikne položením lze tanovit ze vztahu 0 kde < G ( + U ) G ( U ) U T TU < ( )( )
Imitanční kriterium tabilit IN L + < S OUT + < L S
V obou rovinách činitele odrazu (v rovině zátěže a v rovině generátoru) lze nalézt přeně vmezené oblati činitele odrazu zátěže (generátoru), při nichž na opačné bráně bude mít vtupní (výtupní) činitel odrazu velikot větší než jedna, což odpovídá imitanci e zápornou reálnou ložkou (záporný odpor nebo vodivot) a je příčinou potenciální netabilit. Z principu je touto hraniční křivkou opět kružnice. V rovině zátěže jou ouřadnice tředu a poloměr kružnice tabilit * * C R L L
Kružnice odpovídá právě IN
Podobně v rovině generátoru ouřadnice tředu a poloměr kružnice tabilit * * C R S S
Kružníce nní odpovídá OUT
Rovnice pro G TU v tomto tvaru nám umožňují velmi efektivně počítat přípěvek ziku plnoucí z přizpůobení na vtupu a na výtupu. Vrtevnice jou opět kružnice a polu kružnicí tabilit vmezují oblat optimálních imitancí zátěže a generátoru.
Šumový činitel N S N S F 0 n Pa D Pa D Pa Pa B kt A N N A N N A N N A N N S S F + + > F [W, J.K -, K, Hz]
Šumové čílo F db 0 log F F F db 0 0 Kakádně řazené linearizované dvojbran Generátor F, A Pa F, A Pa F 3, A Pa3 F 4, A Pa4... F F F F A 3 4 + + + + APa APa APa APa APa Pa3 F...
Šumový činitel rf atenuátoru RF atenuátor je dvojbran etávající pouze z rezitorů. Je-li výkonový přeno atenuátoru A (při výkonovém F přizpůobení na vtupu i výtupu atenuátoru), je šumový činitel atenuátoru F F A F
Šumové přizpůobení
Šumová šířka páma 0 B p š ( f ) df p( f ) p ( f ) 0 0 p 0 B ( f ) š df Obr. 5. Grafické znázornění šumové šířk páma