Главная Промышленная автоматика.


« 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





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

0.0039