Differences between revisions 10 and 21 (spanning 11 versions)
⇤ ← Revision 10 as of 2005-01-12 11:23:01 →
Size: 6128
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 21 as of 2005-01-12 19:13:46 → ⇥
Size: 5518
Editor: RadekPodgorny
Comment:
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
Line 3: Line 3:
Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku. Vypracoval '''Radek Podgorný'''.
Line 21: Line 21:
V našem případě pro '''f = 11.5 GHz''' je '''KR = 1.224867'''
Line 35: Line 33:
||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||
Line 47: Line 36:

V našem případě pro '''f = 11.5 GHz''' je '''KR = 1.224867'''. Kritérium stability je tedy splňeno.
Line 68: Line 59:
Pomocí HF Lines – Synthesis jsme určili šířku pásku w, vln. délku λg a efektivní permitivitu εeff.  Pomocí HF Lines – Synthesis jsme určili šířku pásku '''w''' a efektivní permitivitu '''εeff'''.
Line 71: Line 62:
 /!\ '''λg = 13.908 mm'''[[BR]]
Line 73: Line 63:

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení.

attachment:mikro_schema.png
Line 81: Line 75:
Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení.

attachment:mikro_schema.png

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:

 '''Delka''''''Mi11 = 4,76 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi12 = 1,18 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi21 = 1,61 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi22 = 5,59 mm'''
Line 97: Line 80:
 '''BW = 189 MHz'''[[BR]]
 '''BW% = 1,57 %''' 		 '''BW = 110 MHz'''
Line 101: Line 83:
 '''BW = 189 MHz'''  '''BW = 1.092 GHz'''
Line 106: Line 88:
 '''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 116: Line 98:
 '''L1 = 26,51 pH'''[[BR]]
 '''C1 = 308,55 fF'''[[BR]]
 '''L2 = 506,61 pH'''[[BR]]
 '''C2 = 277,37 fF'''		  '''C1 = 498.357 fF'''[[BR]]
 '''L1 = 2.70074 fH'''[[BR]]
 '''C2 = 479.770 fF'''[[BR]]
 '''L2 = 470.204 pH'''
Line 122: Line 104:
 '''BW = MHz'''[[BR]]
 '''BW% = 0,75 %'''		  '''BW = 249 MHz'''
Line 131: Line 112:
a) Mikropáskové vedení: ==== Mikropáskové vedení ====
Line 135: Line 116:
Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
 '''ΔDelka''''''Mi11 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi22 = 1%'''		 attachment:mikro_yield11.png
Line 141: Line 118:
b) Diskrétní součástky attachment:mikro_yield12.png

attachment:mikro_yield21.png

attachment:mikro_yield22.png

Motiv mikropásku.

attachment:mikro_motiv.png

==== Diskrétní součástky ====
Line 145: Line 132:
Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně: /!\ Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
Line 153: Line 140:
/!\

Návrh úzkopásmového zesilovače

Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku. Vypracoval Radek Podgorný.

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

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 a efektivní permitivitu εeff.

  • w = 1.746 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 = 110 MHz

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

  • BW = 1.092 GHz

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:

  • C1 = 498.357 fFBR L1 = 2.70074 fHBR C2 = 479.770 fFBR L2 = 470.204 pH

Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):

  • BW = 249 MHz

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek.

attachment:diskr_grafy.png

Výtěžnost

Mikropáskové vedení

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení).

attachment:mikro_yield11.png

attachment:mikro_yield12.png

attachment:mikro_yield21.png

attachment:mikro_yield22.png

Motiv mikropásku.

attachment:mikro_motiv.png

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.