Главная Промышленная автоматика.


Рис. 13.14. Эквивалентная схема с учетом шумовых составляющих для GaAs ПТШ

И их комплексным коэффициентом корреляции. Тепловой шум внешних резисторов 7?з и вносит дополтштельный вклад в общий коэффициент шума. Из анализа экспериментальных данных по определению коэффициента шума следует [32, 33], что наличие резисторов У?з иЛ увеличивает коэффициент шума на 1 - 2 дБ. Возрастание коэффициента шума при увеличении тока стока объясняется в первую очередь увеличением тока из-за расширения диполя в сторону стока при сохранении скорости электронов. Таким образом, минимальный коэффициент шума достигается при минимизации размеров области канала, в которой электроны перемещаются со скоростью насыщения. Заметим, что гфи данном подходе не учитываются эффекты, связанные с междолинным рассеянием. Их влияние уменьшается при малых напряжениях сток-исток. О применении шумовых параметров будет сказано позднее при рассмотрении методов расчета усилителей.

Применение S-параметров на малом сигнале при проектировании усилителей мощности носит ограниченный характер. В этом случае при настройке входной и выходной цепей усилителя на максимум коэффициента усиления необходимы параметры, которые определяются транзистором, режимом по постоянному току и диапазонам частот. Этот вопрос будет рассмотрен в гл. 14.

При проектировании малошумяпщх усилителей обычно входная цепь согласуется на минимум коэффициента шума, а выходная на наибольший коэффициент усиления. Если требуется получить максимальный коэффициент усиления, то оптимизируются входная и выходная цепи усилителя при одновременном сохранении eio устойчивости (отсутствует генерация). Этот метод более детально будет рассмотрен в разд. 13.4.

Для расчета усилителей на двухзатворных транзисторах важно определить нагрузку по второму затвору. Блокировка СВЧ сигнала во втором затворе на корпус с помощью конденсатора большой емкости обеспечивает устойчивость работы усилителя и сводит методы расчета таких усилителей к методам, применяемым для расчета усилителей на однозатворных транзисторах. Включение индуктивной нагрузки по второму затвору может привести к резкому увеличению коэффициента усиления. 230



13.4. ПРИМЕНЕНИЕ GaAs ПТШ 13.4.1. УСИЛИТЕЛИ

Проектирование линейных усилителей [38-41]. Для пояснения метода проектирования линейного усилителя можно воспользоваться структурной схемой, показанной на рис. 13.15, Транзистор описан -параметрами, измеренными или рассчитанными в требуемом диапазоне частот и соответствующей рабочей точке по постоянному току. Проектирование однокас-кадного усилителя состоит в следующем: 1) определяются требования к согласующей цепи М\ на входе транзистора, обеспечивающей для всего усилителя S[\ =0 при сохранении устойчивости на всех требуемых частотах; 2) определяются требования к согласующей цепиЛ/г на выходе транзистора, одновременно обеспеадвающей для всего усилителя S22 = О с учетом обеспечения его устойчивости на всех требуемых частотах. Согласующие цепи обычно могут иметь различную структуру, которая зависит от ограничений по геометрическим размерам, возможностей технологии, физической реализуемости, особенностей топологии и необходимости задания транзистору режима по постоянному току.

При проектировании узкополосных усилителей обычно предполагают, что Si2 =0. Это дает простое соотношение для определения максимально возможного коэффициента усиления, который в данном случае получил название максимального однонаправленного коэффициента усиления:

А-,, = \ . (13.15)

(l-lnl) (1-1221)

где ljil - коэффициент усиления по мощности транзистора, нагруженного по входу и выходу сопротивлением Zq =50 Ом; (l-lul)" - коэффициент, учитывающий увеличение коэффициента усиления при согласовании транзистора по входу; (l-ljzPl)" - коэффициент, учитывающий увеличение коэффициента усиления при согласовании транзистора по выходу.

Несмотря на то, что AyQj может быть больше истинного коэффициента усиления на 1-2 дБ, такая аппроксимация бывает полезной, поскольку позволяет разделить задачу проектирования усилителя на две части: отдельное согласование по входу и выходу.

Перед тем как рассмотреть различные определения коэффициента усиления по мощности, необходимо рассчитать коэффициент устойчивости на всех частотах, где возможно получение от транзистора усиления и не исключено возникновение генерации:

\ + \SnS22-S,2S2? \Sn?-\S22\

А=----. (13.16)

Коэффициент устойчивости зависит от характера устойчивости транзистора. Например, для безусловно устойчивых приборов (устойчивых при любых пассивных нагрузках) должно быть К> 1,



Рис. 13.15. Структурная схема

усилителя: М,, Mj - согласующие четырехполюсники

Необходимым и достаточным условием безусловной устойчивости будет выполнение следующих неравенств:

К>\, (13.17)

А<1, (13.18)

А=5и52, -5п521. (13.19)

При К< 1 на круговой диаграмме сопротивлений по входу и выходу существуют области, ограниченные окружностями, соответствующими неустойчивой работе усилителя, т. е. 15и i > 1 или 5221 > 1.

Координаты центра и радиусы окружностей потенциальной неустойчивости определяются следующим образом:

(,- (5„522-521 5п)) 5;-; - 5ii522 -52i5i21

JnS

5,-,.-5„522 -5,22, Il

(13.20)

(13.21)

где г = 1, / = 2 для нагрузок по входу; i =2, / = 1 для нагрузок по выходу.

Обычно изменение расположения этих окружностей па круговой диаграмме в зависимости от частоты характеризует частотную зависимость параметров 5fi и 5*2.

Пример расположения окружностей потенциальной неустойчивости показан на рис. 13.16 на круговых диаграммах совместно с частотными зависимостями параметров 5ii и 522- Когда окружности потенциальной неустойчивости располагаются вне единичных окружностей, транзистор будет безусловно устойчивым для любых нагрузок {К> 1). При пересечении окружности потенциальной неустойчивости единичной окружностью режим неустойчивой работы усилителя может не возникнуть. Характерным в этом слу-

в оригинале отсутствует слово "потенциальной". По мнению переводчика, называть эти окружности окружностями неустойчивости не совсем корректно. Поскольку выбор нагрузок из областей, ограниченных этими окружностями, не обязательно приводит к возникновению генерации (появляется только отрицательная действительная часть во входном или выходном сопротивлении усилителя), то здесь уместен введенный переводчиком термин. - Прим. перев.

В формуле (13.21) в оригинале допущена неточность; в знаменателе отсутствует знак модуля. - Прим. перев.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 [77] 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038