« 6 8 10 12 20 30 SO fjrn

Рис. 3.17. Зависимости коэффициентов усиления от частоты для кристалла транзистора типа DXL2501A при U = 3,5В,

ВХОД ИЛИ выход резистивную нагрузку, можно получить к = \, что соответствует максимальному коэффициенту усиления четырехполюсника

KyQ =Kyg.

И наконец, определим еще один коэффициент усиления:

jmSjSy (13.39)

который можно найти при нейтрализации внутренней обратной связи без потерь (512 =0) и сопряженном согласовании входа {Sn = 0) и выхода {S22 -= 0). Данный коэффициент усиления определяет предельные усилительные возможности четырехполюсника и часто используется для описания характеристик транзистора при его изготовлении. Частота, на которой данный коэффициент усиления равен единице, называется максимальной частотой fjyi, выще которой невозможно получить режим генерации. Типичное значение /пах для современных GaAs ПТШ лежит в пределах 60-100 ГГц. При этом реальное усиление можно получить в диапазоне частот ниже 20 ГГц.

Таким образом, усилительные характеристики транзистора могут быть описаны несколькими зависимостями [ (13.3 7) - (13.39) ], приведенными на рис. 13.17 для описанного ранее кристалла транзистора типа DXL 2501А.

При проектировании усилителя решается задача выбора параметров согласующих цепей Ml и М2 так, чтобы усилитель обеспечил максимально возможный коэффициент усиления KyQ или максимально устойчивый коэффициент усиления iTyj (при этом Su = О и 522 = 0). В случае необходимости спроектировать усилитель в некоторой полосе частот сначала определяют коэффициент усиления на максимальной частоте, который будет являться требуемым реализуемым коэффициентом усиления для всех остальных частот. Для однокаскадного усилителя соответствующее рассогласование в диапазоне частот может быть получено во входной или выходной согласующей цепи. В качестве примера рассмотрим результаты проектирования усилителя в диапазоне частот 8-12 ГГц на кристалле транзистора типа DXL2501A. Для этого транзистора -параметры приведены на рис. 13.12, а возможные коэффициенты усиления - на рис. 13.17. Поскольку максимально устойчивый коэффициент усиления на частоте 12 ГГц К = 12,3 дБ, то представляется целесообразным выбрать величину требуемого коэффициента усиления во всем диапазоне частот /ify = 11 дБ. Схема спроектированного усилителя 236

Рис. 3.18. Схема усилителя на GaAs ПТШ (кристалл DXL 2501 А, Ку =

= 11 дБ, t/c„ = 3,5В,/с =0,91 /снас), работающего в диапазоне частот 8 -12 ГГц

Вход о-

1= 1,В7мм р,=25 0м

L =0,ЗбнГн

1=1,5мм р=300м

Выход -о

L=0,79HrH

представлена на рис. 13.18. Для обеспечения согласования транзистора потребовалось только два согласующих элемента на входе и три - на выходе. В данном диапазоне частот в качестве согласующих элементов были выбраны отрезки микрополосковых линий, выполненных на диэлектрической подложке толщиной 0,635 мм.

Проектирование малошумящих усилителей. При проектировании малошумящих усилителей необходимо для каждой частотной точки задать 12 параметров: параметры рассеяния и шумовые параметры. Определение шумовых параметров было дано ранее [см. выражение (13.14)]. Для пояснения методики проектирования малошумящих однокаскадных и многокаскадных усилителей воспользуемся информацией, представленной на рис. 13.19.

"22

Ж1 Ж-

г,-о

Гг = 0 В)

Рис. 13.19. Структурные схемы малощумящих усилителей: а - однокаскадный усилитель; б - двухкаскадный усилитель; в - каскадирование

однокаскадных усилителей

Порядок проекгарования усилителя состоит в следующем.

1. Рассчитывается согласующая цепь Mi на входе, описываемая основным параметром - коэффициентом отражения Ti. Согласующий четырехполюсник Ml представляет собой пассивную цепь, которая, как правило, содержит два согласующих элемента и обеспечивает согласование на данной конкретной частоте. Отметим, что на практике требуется получить низкое значение КСВН входа усилителя. Однако одновременная реализация малых КСВН и минимального коэффициента шума не всегда выполнима. Это объясняется несоответствием условий согласования по коэффициентам усиления и шума.

2. Рассчитывается согласующая цепь на выходе транзистора на максимум коэффициента усиления (сопряженное согласование). Для этого необходимо определить S22 из выражения (13.26) и рассчитать согласующую цепь М2 так, чтобы ее входной коэффициент отражения бьш равен S*2 (рис. 13.19д).

3. Исследуется устойчивость усилителя на всех частотах. Поскольку существует множество вариантов расчета усилителя, то каждая схема усилителя должна быть проанализирована с учетом устойчивости. Если условия устойчивости не удается осуществить, то можно рекомендовать ввести в согласующую цепь М2 резистор, который обеспечит устойчивость, но увеличит коэффициент шума.

Коэффициент шума многокаскадного усилителя определяется следующим образом:

лч у 03 -уОЗуОЗ

где Kj, л - коэффициент шума и номинальный коэффициент усиления г-го каскада.

Минимальный коэффициент шума всего многокаскадного усилителя обеспечивается в основном минимизацией коэффициентов шума первых двух каскадов /Гщ и K2 вкладом последующих каскадов можно пренебречь из-за уменьшения их влияния пропорционально коэффициенту усиления предыдущих каскадов.

Важным практическим вариантом реализации многокаскадного усилителя является каскадирование одинаковых усилителей с номинальным коэффициентом усиления и коэффициентом шумаУщ:

= (Л-ц,1-1) {1+ик% + ...) + 1 =

= (Л-ш1-1)(--) + 1. (13.41)

i-1/Чоз