Differences between revisions 16 and 17
⇤ ← Revision 16 as of 2005-01-12 15:39:46 →
Size: 5907
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 17 as of 2005-01-12 15:41:16 → ⇥
Size: 5709
Editor: RadekPodgorny
Comment:
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
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||

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, 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%

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.