Differences between revisions 14 and 27 (spanning 13 versions)
⇤ ← Revision 14 as of 2005-01-12 15:33:40 →
Size: 5820
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 27 as of 2005-01-13 18:44:28 → ⇥
Size: 4603
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 33: 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 62: Line 52:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení. Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení:
Line 68: Line 58:
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 61:
 /!\ '''λg = 13.908 mm'''[[BR]]
Line 74: Line 63:
Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení. Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení:
Line 78: Line 67:
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. Délky mikropáskového vedení jsme pak určili pomocí optimalizace '''S11 < -40dB''' a '''S22 < -40dB'''. Alternativní způsob je použít délku ideálního vedení a zkrátit ji s ohledem na rychlost šíření vlny v mikropáskovém vedení.
Line 80: Line 69:
 '''Delka''''''Mi11 = 14.47 mm'''[[BR]]  '''Delka''''''Mi11 = 7.21 mm'''[[BR]]
Line 85: Line 74:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení. Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení:
Line 89: Line 78:
/!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = 189 MHz'''[[BR]]
 '''BW% = 1,57 %''' 		Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = 110 MHz'''
Line 93: Line 81:
/!\ Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12):
 '''BW = 189 MHz'''		 Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12):
 '''BW = 1.092 GHz'''
Line 108: Line 96:
/!\ Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:
 '''L1 = 26,51 pH'''[[BR]]
 '''C1 = 308,55 fF'''[[BR]]
 '''L2 = 506,61 pH'''[[BR]]
 '''C2 = 277,37 fF'''		 Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:
 '''C1 = 498.357 fF'''[[BR]]
 '''L1 = 2.70074 fH'''[[BR]]
 '''C2 = 479.770 fF'''[[BR]]
 '''L2 = 470.204 pH'''
Line 114: Line 102:
/!\ Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = MHz'''[[BR]]
 '''BW% = 0,75 %'''		 Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = 249 MHz'''
Line 118: Line 105:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek. Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek:
Line 122: Line 109:
=== Výtěžnost ===

==== Mikropáskové vedení ====

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení).		 === Výtěžnost mikropáskového vedení ===
Line 129: Line 112:
 '''ΔDelka''''''Mi11 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 2%'''[[BR]]		  '''ΔDelka''''''Mi11 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 1%'''[[BR]]
Line 134: Line 117:
==== Diskrétní součástky ==== Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení):
Line 136: Line 119:
Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (diskrétní součástky). attachment:mikro_yield11.png
Line 138: Line 121:
Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
 '''ΔL1 = 3,0%'''[[BR]]
 '''ΔC1 = 1,6%'''[[BR]]
 '''ΔL2 = 3,0%'''[[BR]]
 '''ΔC2 = 2,5%'''		 attachment:mikro_yield12.png

attachment:mikro_yield21.png

attachment:mikro_yield22.png

Motiv mikropásku:

attachment:mikro_motiv.png
Line 146: Line 133:
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. 		I přes některé problémy s programem Win''''''Mide se mi nakonec podařilo obvod optimalizovat podle zadání. Jediným nepřekonatelným problémem pro mne zůstala výtěžnost.

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. Alternativní způsob je použít délku ideálního vedení a zkrátit ji s ohledem na rychlost šíření vlny v mikropáskovém vedení.

  • DelkaMi11 = 7.21 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 mikropáskového vedení

Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:

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

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

Závěr

I přes některé problémy s programem WinMide se mi nakonec podařilo obvod optimalizovat podle zadání. Jediným nepřekonatelným problémem pro mne zůstala výtěžnost.