تعداد صفحات : 94 صفحه -
قالب بندی : word
طراحی تقویت کننده ترانزیستوری RF
طراحی تقویت کننده در RF بطور چشمگیری با روشهای مداری فرکانس پایین مرسوم فرق دارد و در نتیجه به بررسی و ملاحظه ویژه ای نیاز دارد . علی الخصوص این واقعیت که موجهای ولتاژ و جریان روی عنصر فعال تاثیر می گذارد ، تطبیق مناسبی جهت کاهش VSWRو جلوگیری از نوسانات (تغییرات ) نامطلوب را ایجاب می نماید . به این دلیل معمولاً اولین قدم برای طراحی این پروسه یک تحلیل پایداری می باشد که به همراه دوایر عدد نویز و بهره جزء اساسی مورد نیاز برای بهبود مدارهای تقویت کننده ای است که اغلب با مقادیر بهره ، بهره هموار ، توان خروجی ، پهنای باند و شرایط با یاس مواجه می شود .
این فصل براساس مطالب گفته شده در فصلهای 2 و3 توسعه یافته است بطوریکه روابط توان خطوط انتقال خروجی برسی شده است .
بر هر حال بر خلاف مدار پسیو ، فصل 9 به ادوات اکتیو می پردازد بطوریکه به نظر می آید بررسی دقیق بهره و فیدبک دارای اهمیت اصلی باشد .
مواردی از قبیل بهره توان یک طرفه و دو طرفه مدار و نمایش گرافیکی آنها در نمودار اسمیت ، نقطه شروعی برای آنالیز گسترده عملکرد تقویت کننده ترانزیستوری فرکانس بالا می باشد .
خواننده باید به انعطاف پذیری نمودار اسمیت توجه کنید . که دایره بهره ثابت ، VSWRو پایداری میتوانند براساس ضرایب انعکاس و امپدانس بحث شده در فصل 3 روی آن قرار بگیرد .
بعلاوه حتی آنالیز یک نویز هم با تبدیل عدد نویز یک تقویت کننده به دوایری که در نمودار اسمیت نشان داده می شود؛ قابل برسی است.
بعد از توجه به ابزار اساسی طراحی ، همچنین فصل 9 مدلهای مختلفی از تقویت کننده های توان و مشخصه های آنها از قبیل بهره هموار ؛ پهنای باند و اعوجاج درونی را به خوبی اختلافات بین تقویت کننده های یک و چند طبقه بررسی می کند .
- 9 مشخصه های تقویت کننده ها
شاید مهمترین و پیچیده ترین عمل در تئوری مدار آنالوگ ، تقویت یک سیگنال ورودی از میان یک مدار ترانزیستوری یک یا چند طبقه است . یک نمای کلی تقویت کننده یک یا چند طبقه که بین شبکه های تطبیق ورودی و خروجی قرار گرفته شده در شکل 9-1 نشان داده شده است .
شکل (9-1) سیستم کلی تقویت کننده
شبکه های تطبیق ورودی و خروجی که در فصل 8 بحث شده اند نیازمند کاهش انعکاسهای نامطلوب بودند و در نتیجه نیاز به بهبود انتشار توان داشتند .
در شکل 9-1 تقویت کننده توسط ماتریس S خودش در یک نقطه با یاس DC ویژه رسم شده است. بر حسب عملکرد ویژه ، لیست زیر از یک سری پارامترهای کلیدی تقویت کننده تشکیل شده است.
- بهره و اندازه بهره (برحسب dB )
- فرکانس کاری و عرض باند (برحسب Hz)
- توان خروجی (برحسب dBm)
- شرایط انعکاس ورودی و خروجی (VSWR)
- عدد نویز (برحسب dB)
بعلاوه باید اینطور در نظر گرفته شود که چنین پارامترهایی بعنوان اعوجاج درونی؛ تولید هارمونیک ، فیدبک و اثرات گرمایی می کند که همه آنها می تواند در عملکرد تقویت کننده تاثیر بگذارد .
برای طراحی پروسه تقویت کننده به صورت سازمان یافته ، ابتدا نیاز به چند تعریف برای روابط مختلف توان داریم . این کار توسط چندین ابزار انالیزی مهم که نیازمند تعاریفی برای پایداری ، نویز؛ بهره و عملکرد VSWR هستند انجام می گیرد .
وجه مشترک همه چهار مورد بالا این است که آنها می توانند توسط معادلات دایره بیان شوند و در نمودار اسمیت به نمایش در آیند .
2ـ9 روابط توان تقویت کننده
9-2-1 منبع RF
چندین تعریف برای بهره توان وجود دارد که همه آنها برای درک چگونگی عملکرد تقویت کننده RF ، بحرانی هستند بدین دلیل به ما اجازه دهید تا شکل (9-1) را براساس روابط ناشی از توان بررسی کنیم .
با فرض اینکه دو شبکه تطمیق در امپدانس منبع و بار وجود دارد . سیستم به صورت شکل (9-2-a) خلاصه می شود . نقطه شروع برای آنالیز توان ، منبع RF متصل به شبکه تقویت کننده است .
برای قرار داد نشان داده شده در شکل (2ـ9) بحث مطرح شده سیگنال در بخش 5.4.4 را (82.4 و 83.4 را ببنید) باز خوانی می کنیم و برای ولتاژ منبع می نویسیم :
(1ـ9)
a) شماتیک مختصر شده یک تقویت کننده یک طبقه b ) گراف جریان سیگنال
شکل (2ـ9) منبع و بار متصل به یک شبکه تقویت کننده یک طبقه
موج توان تابشی در رابطه با توسط :
(2ـ9)
داده شده است که توان تابشی بسوی تقویت کننده است .
توان ورودی واقعی Pin دیده شده در ترمینال ورودی تقویت کننده از امواج توان تابشی و انعکاسی تشکیل شده است ، که با کمک ضریب انعکاس ورودی می توانیم بنویسیم :
(3ـ9)
حداکثر انتقال توان از منبع به تقویت کننده زمانی حاصل می گردد که امپدانس ورودی بصورت مزدوج مختلط تطبیق شده باشند . یا برحسب ضریب انعکاسی ، باشد .
تحت شرایط ماکزیمم انتقال توان ما توان قابل دسترسی PA را تعریف می کنیم :
(4ـ9)
این عبارت وابستگی به را روشن می سازد . اگر Fin و از (2ـ9) و (4 ـ 9) دیده می شود که
2-2-9 بهره توان انتقالی
اکنون می توانیم بهره توان انتقالی را بررسی کنیم که بهره تقویت کننده ای که بین منبع و بار قرار دارد را تعیین می کند .
= توان تحویلی به بار =
توان قابل دسترسی از منبع
یا با بدست می آوریم :
(5 .9)
در این عبارت باید نسبت ، تعیین گردد . با کمک مطالب بحث شده در بخش d .4 .4 و بر اساس شکل (2ـ9) بدست می آوریم :
(a6 ـ.9)
(b6 ـ 9)
و نسبت مورد نیاز در نهایت بصورت زیر بدست می آید .
(7ـ 9)
با جایگذاری (7 .9) در (5 .9) نتیجه می شود :
(8ـ9)
که با تعریف فوق ضرایب انعکاسی وردی و خروجی می تواند به شکل تازه ای در آید ( شکل 2ـ9 را ببینید )
(a 9 ـ 9)
(b 9ـ 9)
با این دو تعریف ، دو عبارت برای بهره توان انتقالی بدست خواهد آمد :
ابتدا با ادغام کردن (a9 .9) در (8 . 9) دیده می شود که :
(10 ـ9)
ثانیاً با استفاده از (b 9 . 9) در (8 .9) عبارت زیر نتیجه می شود :
(11ـ9)
یک تقریب بکار رفته شده برای بهره توان انتقالی؛ بهره توان یک طرفه ut G می باشد که از اثر فیدبک تقویت کننده صرفنظر می شود .
که فرم (11. 9) بصورت زیر ساده می شود .
(12ـ9)
همانطور که در بخش (1. 4 .9) بحث شده بود معادله (12 . 9) اغلب بعنوان پایه ای برای بهبود تقریب طراحی ها برای یک تقویت کننده و شبکه های تطبیق متصل شده به ورودی و خروجی آن استفاده می گردد .
(3 .2. 9) سایر روابط توان
بهره توان انتقالی اساسی ترین عبارتی است که سایر روابط مهم توان از آن نتیجه گرفته می شوند .
بعنوان مثال بهره توان قابل دسترسی برای بار طرف تطبیق بصورت زیر تعریف می گردد :
توان قابل دسترسی از تقویت کننده =
توان قابل دسترسی از منبع
و با استفاده از (11-9) خواهیم داشت :
(13 ـ9)
پیش از این ، بهره توان ( بهره توان عملکردی ) بعنوان نسبت توان تحویلی به بار به توان گرفته شده از تقویت کننده تعریف شده بود .
توان تحویلی به بار = G
توان گرفته شده از تقویت کننده
با ترکیب (3 .9) ، ( 4 .9) و ( 10 . 9) ، بدست می آوریم :
(14ـ9)
جالب است که توجه کنید (14 .9) می تواند توسط قرار دادن از زمانیکه می شود بدست می آید .
مثال زیر برای محاسبه تعدادی از این عبارت برای یک تقویت کننده با پارامترهای S داده شده آورده شده است .
دانلود تحقیق طراحی تقویت کننده ترانزیستوری RF