Differences between revisions 28 and 29

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

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.

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:

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:

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:

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.

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:

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):

Motiv mikropásku:

Závěr

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

-  ⇤ ← Revision 28 as of 2005-01-13 18:58:47 → 
  Size: 4821
  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:
-attachment:rollet.png
+{{attachment:rollet.png}}
 Line 42:
-attachment:vedeni_schema.png
+{{attachment:vedeni_schema.png}}
 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 54:
-attachment:vedeni_grafy.png
+{{attachment:vedeni_grafy.png}}
 Line 60:
- '''w = 1.746 mm'''[[BR]]
+ '''w = 1.746 mm'''<<BR>>
 Line 65:
-attachment:mikro_schema.png
+{{attachment:mikro_schema.png}}
 Line 69:
- '''Delka''''''Mi11 = 7.21 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 76:
-attachment:mikro_grafy.png
+{{attachment:mikro_grafy.png}}
 Line 79:
- '''BW = 110 MHz'''[[BR]]
+ '''BW = 110 MHz'''<<BR>>
 Line 83:
- '''BW = 1.092 GHz'''[[BR]]
+ '''BW = 1.092 GHz'''<<BR>>
 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 96:
-attachment:diskr_schema.png
+{{attachment:diskr_schema.png}}
 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 106:
-attachment:diskr_grafy.png
+{{attachment:diskr_grafy.png}}
 Line 109:
- '''BW = 249 MHz'''[[BR]]
+ '''BW = 249 MHz'''<<BR>>
 Line 113:
- '''BW = 3.008 GHz'''[[BR]]
+ '''BW = 3.008 GHz'''<<BR>>
 Line 119:
- '''ΔDelka''''''Mi11 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 1%'''[[BR]]
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''[[BR]]
+ '''ΔDelka''''''Mi11 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi12 = 1%'''<<BR>>
 '''ΔDelka''''''Mi21 = 1%'''<<BR>>
 Line 126:
-attachment:mikro_yield11.png
+{{attachment:mikro_yield11.png}}
 Line 128:
-attachment:mikro_yield12.png
+{{attachment:mikro_yield12.png}}
 Line 130:
-attachment:mikro_yield21.png
+{{attachment:mikro_yield21.png}}
 Line 132:
-attachment:mikro_yield22.png
+{{attachment:mikro_yield22.png}}
 Line 136:
-attachment:mikro_motiv.png
+{{attachment:mikro_motiv.png}}