Differences between revisions 20 and 29 (spanning 9 versions)
⇤ ← Revision 20 as of 2005-01-12 18:56:55 →
Size: 5624
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 29 as of 2008-01-18 12:56:20 → ⇥
Size: 4869
Editor: localhost
Comment: converted to 1.6 markup
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
Line 34: Line 34:

attachment:rollet.png		 {{attachment:rollet.png}}
Line 43: Line 42:
attachment:vedeni_schema.png {{attachment:vedeni_schema.png}}
Line 48: Line 47:
 '''Delka''''''Ved11 = 131.66 deg'''[[BR]]
 '''Delka''''''Ved12 = 26.81 deg'''[[BR]]
 '''Delka''''''Ved21 = 170.81 deg'''[[BR]]		  '''Delka''''''Ved11 = 131.66 deg'''<<BR>>
 '''Delka''''''Ved12 = 26.81 deg'''<<BR>>
 '''Delka''''''Ved21 = 170.81 deg'''<<BR>>
Line 53: Line 52:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení. Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení:
Line 55: Line 54:
attachment:vedeni_grafy.png {{attachment:vedeni_grafy.png}}
Line 61: Line 60:
 '''w = 1.746 mm'''[[BR]]  '''w = 1.746 mm'''<<BR>>
Line 64: Line 63:
Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení. Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení:
Line 66: Line 65:
attachment:mikro_schema.png {{attachment:mikro_schema.png}}
Line 68: 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 70: Line 69:
 '''Delka''''''Mi11 = 14.47 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi12 = 5.93 mm'''[[BR]]
 '''Delka''''''Mi21 = 1.75 mm'''[[BR]]		  '''Delka''''''Mi11 = 7.21 mm'''<<BR>>
 '''Delka''''''Mi12 = 5.93 mm'''<<BR>>
 '''Delka''''''Mi21 = 1.75 mm'''<<BR>>
Line 75: Line 74:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení. Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení:
Line 77: Line 76:
attachment:mikro_grafy.png {{attachment:mikro_grafy.png}}
Line 79: Line 78:
Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = 110 MHz'''    		Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):
 '''BW = 110 MHz'''<<BR>>
 '''BW = 188 MHz'''
Line 82: Line 82:
Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafu S12):
 '''BW = 1.092 GHz'''		 Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):
 '''BW = 1.092 GHz'''<<BR>>
 '''BW = 1.749 GHz'''
Line 88: Line 89:
 '''Z11.Re = 18.856'''[[BR]]
 '''Z11.Im = 17.918'''[[BR]]
 '''Z22.Re = 23.938'''[[BR]]		  '''Z11.Re = 18.856'''<<BR>>
 '''Z11.Im = 17.918'''<<BR>>
 '''Z22.Re = 23.938'''<<BR>>
Line 95: Line 96:
attachment:diskr_schema.png {{attachment:diskr_schema.png}}
Line 98: Line 99:
 '''C1 = 498.357 fF'''[[BR]]
 '''L1 = 2.70074 fH'''[[BR]]
 '''C2 = 479.770 fF'''[[BR]]		  '''C1 = 498.357 fF'''<<BR>>
 '''L1 = 2.70074 fH'''<<BR>>
 '''C2 = 479.770 fF'''<<BR>>
Line 103: Line 104:
Šířka pásma pro -20 dB (z grafu S11):
 '''BW = 249 MHz'''		 Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek:
Line 106: Line 106:
Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek. {{attachment:diskr_grafy.png}}
Line 108: Line 108:
attachment:diskr_grafy.png Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):
 '''BW = 249 MHz'''<<BR>>
 '''BW = 433 MHz'''
Line 110: Line 112:
=== Výtěžnost === Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):
 '''BW = 3.008 GHz'''<<BR>>
 '''BW = 3.231 GHz'''
Line 112: Line 116:
==== Mikropáskové vedení ==== === Výtěžnost mikropáskového vedení ===
Line 114: Line 118:
Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení).

/!\ Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
 '''ΔDelka''''''Mi11 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 2%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''[[BR]]		 Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:
 '''ΔDelka''''''Mi11 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''<<BR>>
Line 122: Line 124:
Motiv mikropásku. Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení):
Line 124: Line 126:
attachment:mikro_motiv.png {{attachment:mikro_yield11.png}}
Line 126: Line 128:
==== Diskrétní součástky ==== {{attachment:mikro_yield12.png}}
Line 128: Line 130:
Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (diskrétní součástky). {{attachment:mikro_yield21.png}}
Line 130: Line 132:
/!\ 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_yield22.png}}

Motiv mikropásku:

{{attachment:mikro_motiv.png}}
Line 138: Line 140:
/!\

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

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.

vedeni_schema.png

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

Délky jednotlivých vedení potom vyšly:

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

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí ideálního vedení:

vedeni_grafy.png

Mikropáskové vedení

Pomocí HF Lines – Synthesis jsme určili šířku pásku w a efektivní permitivitu εeff.

  • w = 1.746 mm
    εeff. = 3.222

Schéma zapojení pomocí mikropáskových vedení:

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 mm
    DelkaMi12 = 5.93 mm
    DelkaMi21 = 1.75 mm
    DelkaMi22 = 5.79 mm

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí mikropáskového vedení:

mikro_grafy.png

Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):

  • BW = 110 MHz
    BW = 188 MHz

Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):

  • BW = 1.092 GHz
    BW = 1.749 GHz

Diskrétní součástky

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

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

Potom jsme pomocí podprogramu Smith Chart obvod přizpůsobili.

diskr_schema.png

Hodnoty součástek po následné optimalizaci vyšly:

  • C1 = 498.357 fF
    L1 = 2.70074 fH
    C2 = 479.770 fF
    L2 = 470.204 pH

Grafické znázornění s-parametrů pro přizpůsobení pomocí diskrétních součástek:

diskr_grafy.png

Šířka pásma pro -20 dB (z grafů S11 a S22):

  • BW = 249 MHz
    BW = 433 MHz

Šířka pásma pro pokles přenosu -3dB (z grafů S12 a S21):

  • BW = 3.008 GHz
    BW = 3.231 GHz

Výtěžnost mikropáskového vedení

Pro výtěžnost alespoň 90% vychází tolerance jednotlivých délek následovně:

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

Zobrazení výtěžnosti pro 5000 pokusů (mikropáskové vedení):

mikro_yield11.png

mikro_yield12.png

mikro_yield21.png

mikro_yield22.png

Motiv mikropásku:

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.