Semestrální práce NÁVRH ÚZKOPÁSMOVÉHO ZESILOVAČE Daniel Tureček zadání číslo 18 cvičení: sudý týden 14:30
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
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 21,751194 l 2 111,42321 l 3 125,07238 l 4 40,956310 Charakteristiky byli následující:
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.
Pro výstupní svorky aplikujeme stejný postup.
Posledním krokem je vložení přizpůsobovací obvodů do projektu a sestavení schématu. Výsledné charakteristiky obvodu jsou násldující:
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 21 8.638 db 11, 76GHz 15.34GHz MHz
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:
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 21 8.008 db 13,020 GHz 15,074 GHz 2054 MHz Schéma mikropásku:
Zapojení mikropásků: 3,669mm 4,118mm 1,794mm ATF 13484 0,716mm 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.