Differences between revisions 1 and 14 (spanning 13 versions)
⇤ ← Revision 1 as of 2005-01-12 10:45:39 →
Size: 5832
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 14 as of 2005-01-12 15:33:40 → ⇥
Size: 5820
Editor: RadekPodgorny
Comment:
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
Line 1: Line 1:
= Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku = = Návrh úzkopásmového zesilovače =
Line 3: Line 3:
== Návrh úzkopásmového zesilovače == Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku
Line 5: Line 5:
=== Zadání === == Zadání ==
Line 7: Line 7:
 * Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci 12 GHz. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:  * Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci '''11.5 GHz'''. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:
Line 15: Line 15:
=== Vypracování === == Vypracování ==
Line 17: Line 17:
==== Kontrola stability tranzistoru ==== === Kontrola stability tranzistoru ===
Line 20: Line 20:

V našem případě pro '''f = 11.5 GHz''' je '''KR = 1.224867'''
Line 46: Line 44:
==== Ideální vedení ==== attachment:rollet.png

V našem případě pro '''f = 11.5 GHz''' je '''KR = 1.224867'''. Kritérium stability je tedy splňeno.

=== Ideální vedení ===
Line 49: Line 51:

attachment:vedeni_schema.png
Line 53: Line 57:
 '''DelkaVed11 = 126.15 deg'''[[BR]]
 '''DelkaVed12 = 27.66 deg'''[[BR]]
 '''DelkaVed21 = 169.09 deg'''[[BR]]
 '''DelkaVed22 = 31.25 deg'''		  '''Delka''''''Ved11 = 131.66 deg'''[[BR]]
 '''Delka''''''Ved12 = 26.81 deg'''[[BR]]
 '''Delka''''''Ved21 = 170.81 deg'''[[BR]]
 '''Delka''''''Ved22 = 30.50 deg'''
Line 60: Line 64:
==== Mikropáskové vedení ==== attachment:vedeni_grafy.png

=== Mikropáskové vedení ===
Line 64: Line 70:
 '''w = 1,755 mm'''[[BR]]
 '''λg = 13,908 mm'''[[BR]]
 '''εeff. = 3,231'''		  '''w = 1.746 mm'''[[BR]]
 /!\ '''λg = 13.908 mm'''[[BR]]
 '''εeff. = 3.222'''

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení.

attachment:mikro_schema.png
Line 70: Line 80:
 '''DelkaMi11 = 25,40 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi12 = 1,38 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi21 = 8,63 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi22 = 5,41 mm'''

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení.

Vzhledem k rozměrům, které by výsledně mohly činit potíže při případné realizaci zesilovače, jsem vedení upravil o násobky půlvln. Po odečtení daných hodnot a následné optimalizaci vyšly hodnoty:

 '''DelkaMi11 = 4,76 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi12 = 1,18 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi21 = 1,61 mm'''[[BR]]
 '''DelkaMi22 = 5,59 mm'''		  '''Delka''''''Mi11 = 14.47 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi12 = 5.93 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi21 = 1.75 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi22 = 5.79 mm'''
Line 86: Line 87:
Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11): attachment:mikro_grafy.png

/!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
Line 90: Line 93:
Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12): /!\ Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12):
Line 93: Line 96:
==== Diskrétní součástky ==== === Diskrétní součástky ===
Line 96: Line 99:
 '''Z11.Re = 21,249'''[[BR]]
 '''Z11.Im = 22,718'''[[BR]]
 '''Z22.Re = 23,884'''[[BR]]
 '''Z22.Im = -13,223'''		  '''Z11.Re = 18.856'''[[BR]]
 '''Z11.Im = 17.918'''[[BR]]
 '''Z22.Re = 23.938'''[[BR]]
 '''Z22.Im = -15.255'''
Line 103: Line 106:
Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly: attachment:diskr_schema.png

/!\ Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:
Line 109: Line 114:
Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11): /!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
Line 115: Line 120:
==== Výtěžnost ==== attachment:diskr_grafy.png
Line 117: Line 122:
a) Mikropáskové vedení: === Výtěžnost ===

==== Mikropáskové vedení ====
Line 122: Line 129:
 '''ΔDelkaMi11 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelkaMi12 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelkaMi21 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelkaMi22 = 1%'''		  '''ΔDelka''''''Mi11 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi22 = 1%'''
Line 127: Line 134:
b) Diskrétní součástky ==== Diskrétní součástky ====
Line 137: Line 144:
==== Závěr ==== === Závěr ===

Návrh úzkopásmového zesilovače

Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku

Zadání

  • Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci 11.5 GHz. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:

    • s diskrétními součástkami
    • pomocí úseků mikropáskového vedení
  • zkontrolujte, zda je tranzistor na zadané frekvenci stabilní
  • mikropásková vedení navrhněte na podložce o síle 0.8 mm, pokovené 20 μm silnou vrstvou mědi, relativní permitivita podložky je rovna 4, ztrátový činitel pak 0.01, při návrhu uvažujte vliv diskontinuit (otevřené konce, odbočení) na vedení
  • porovnejte možné alternativy zapojení, určete šířku pásma pro pokles přenosu -3 dB a pásmo, v němž je přizpůsobení na vstupu a výstupu lepší než -20 dB
  • určete toleranční pásma součástek (rozměrů vedení) tak, aby teoretická výtěžnost výroby byla alespoň 90%

Vypracování

Kontrola stability tranzistoru

Za stabilní tranzistor můžeme považovat ten, jehož Rolletův faktor KR je větší než 1.

Freq [GHz]

Rollet K [-]

11.0

1.191771

11.1

1.197935

11.2

1.204323

11.3

1.210947

11.4

1.217798

11.5

1.224867

11.6

1.232162

11.7

1.239682

11.8

1.247413

11.9

1.255363

12.0

1.263529

12.1

1.257603

12.2

1.251749

12.3

1.245982

12.4

1.240274

12.5

1.234655

12.6

1.229113

12.7

1.223641

12.8

1.218258

12.9

1.212948

13.0

1.207726

attachment:rollet.png

V našem případě pro f = 11.5 GHz je KR = 1.224867. Kritérium stability je tedy splňeno.

Ideální vedení

Nejdříve jsme přizpůsobili tranzistor pomocí ideálního vedení.

attachment:vedeni_schema.png

Jako podmínku optimalizace jsme zadali S11 < -40dB a S22 < -40dB.

Délky jednotlivých vedení potom vyšly:

  • DelkaVed11 = 131.66 degBR DelkaVed12 = 26.81 degBR DelkaVed21 = 170.81 degBR DelkaVed22 = 30.50 deg

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení.

attachment:vedeni_grafy.png

Mikropáskové vedení

Pomocí HF Lines – Synthesis jsme určili šířku pásku w, vln. délku λg a efektivní permitivitu εeff.

  • w = 1.746 mmBR /!\ λg = 13.908 mmBR εeff. = 3.222

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení.

attachment:mikro_schema.png

Délky mikropáskového vedení jsme pak určili pomocí optimalizace S11 < -40dB a S22 < -40dB a pomocí režimu porovnání s grafem samotného tranzistoru s požadavky S11 = 0dB a S22 = 0dB. Alternativní způsob je použít délku ideálního vedení a zkrátit ji s ohledem na rychlost šíření vlny v mikropáskovém vedení.

  • DelkaMi11 = 14.47 mmBR DelkaMi12 = 5.93 mmBR DelkaMi21 = 1.75 mmBR DelkaMi22 = 5.79 mm

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení.

attachment:mikro_grafy.png

/!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):

  • BW = 189 MHzBR BW% = 1,57 %

/!\ Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12):

  • BW = 189 MHz

Diskrétní součástky

Nejdříve jsme si zobrazili vstupní (Z11) a výstupní (Z22) impedanci nepřizpůsobeného zesilovače. Z grafu jsme odečetli:

  • Z11.Re = 18.856BR Z11.Im = 17.918BR Z22.Re = 23.938BR Z22.Im = -15.255

Potom jsme pomocí podprogramu Smith Chart obvod přizpůsobili.

attachment:diskr_schema.png

/!\ Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:

  • L1 = 26,51 pHBR C1 = 308,55 fFBR L2 = 506,61 pHBR C2 = 277,37 fF

/!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):

  • BW = MHzBR BW% = 0,75 %

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek.

attachment:diskr_grafy.png

Výtěžnost

Mikropáskové vedení

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení).

Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:

  • ΔDelkaMi11 = 2%BR ΔDelkaMi12 = 2%BR ΔDelkaMi21 = 1%BR ΔDelkaMi22 = 1%

Diskrétní součástky

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (diskrétní součástky).

Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:

  • ΔL1 = 3,0%BR ΔC1 = 1,6%BR ΔL2 = 3,0%BR ΔC2 = 2,5%

Závěr

Při porovnání obvodu s diskrétními součástkami s obvodem s mikropásko-vým vedením, jsou parametry prvního obvodu o něco lepší. Nicméně vzhledem k velmi malým velikostem jednotlivých součástek L, C není možné tento obvod v praxi sestrojit, proto je zbytečné se jím dále zabývat.

Pro obvod s mikropáskovým vedením je šířka pásma pro přizpůsobení -20dB BW = 60MHz, resp. 0,4%. Jedná se tedy o velmi úzkopásmový zesilovač. Tolerance jednotlivých délek vedení pro výtěžnost alespoň 90% se pohybuje od 0,5 do 1%, což je ještě přijatelná hodnota. Jak jsem již uvedl výše, všechny délky vedení jsem zvětšil o půl vlnové délky, a to kvůli snazší realizaci. Při původních rozměrech, by mohl nastat problém při vytváření spojů jednak mezi vedením a tranzistorem, ale i mezi vedením a vstupním, resp. výstupním konektorem.