Differences between revisions 7 and 8
⇤ ← Revision 7 as of 2005-01-12 11:11:03 →
Size: 6144
Editor: RadekPodgorny
Comment:
← Revision 8 as of 2005-01-12 11:12:22 → ⇥
Size: 6150
Editor: RadekPodgorny
Comment:
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
Line 7: Line 7:
 * Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci 11.5 GHz. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:  * Navrhněte jednostupňový tranzistorový zesilovač s tranzistorem ATF26884 na frekvenci '''11.5 GHz'''. Vstupní a výstupní přizpůsobovací obvody proveďte:

Zápočtová práce z předmětu CAD pro vf. techniku

Návrh úzkopásmového zesilovače

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.

V našem případě pro f = 11.5 GHz je KR = 1.224867

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

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

attachment:rollet.png

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

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 = 25,40 mmBR DelkaMi12 = 1,38 mmBR DelkaMi21 = 8,63 mmBR DelkaMi22 = 5,41 mm

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:

  • DelkaMi11 = 4,76 mmBR DelkaMi12 = 1,18 mmBR DelkaMi21 = 1,61 mmBR DelkaMi22 = 5,59 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 = 21,249BR Z11.Im = 22,718BR Z22.Re = 23,884BR Z22.Im = -13,223

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

a) 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%

b) 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.