Таблица № 4.2 Значения коэффициента шума транзистора
|
F, Ггц |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
8,0 |
10,0 |
|
Кш, дБ |
0,40 |
0,45 |
0,60 |
0,80 |
1,10 |
1,35 |
1,60 |
Зададимся для первого каскада следующим режимом работы:В; В; мА.
Используя ЭВМ проверяем выполнение условия устойчивости усиления в рабочем диапазоне частот. График коэффициента устойчивости К показан на рис. 4.8.
Как видно из графика на рис.4.8 коэффициент устойчивости К меньше единицы, т.е транзистор является неустойчивым.
Возможны следующие варианты повышения устойчивости с использованием резистивной нагрузки, включенной во входную или выходную цепь (рис 4.9).
В данном случае выберем схему, изображённую на рис 4.9,в, так как для выбранного транзистора эта схема обеспечивает наименьший уровень шума по сравнению с другими схемами при выполнении условий безусловно устойчивой работы. Номинал резистора подбирается с помощью ЭВМ и в данном случае равен R1 = 40 Ом. График коэффициента устойчивости после стабилизации транзистора показан на рис. 4.10. Как видно из этого
Рис. 4.8. Зависимость коэффициента устойчивости К от частоты
графика условия безусловной устойчивости в диапазоне рабочих частот
,
выполняются, т.е теперь транзистор является безусловно устойчивым.
При этом в схеме с общим истоком на частотах МГц коэффициент шума и усиления соответственно равны: дБ; дБ.
Рис. 4.9. Варианты резистивной нагрузки транзистора для повышения коэффициента устойчивости
Рис 4.10. Зависимость коэффициента устойчивости К и вспомогательного коэффициента от частоты
Коэффициент шума всего усилителя на верхней частоте диапазона без учёта потерь в схемах согласования и возможного изменения режима работы транзисторов в последующих каскадах:
; GA = ;
или дБ
Требуемое число каскадов усиления:
где – требуемый коэффициент усиления МШУ;
– максимальный коэффициент усиления МШУ на верхней частоте рабочего диапазона.
.
Значение входной проводимости транзистора на частоте МГц составляет:
См
Эта проводимость соответствует параллельному соединению резистивной gвх и реактивной bвх проводимостей. Так как реактивная составляющая входной проводимости имеет положительный знак, то она носит ёмкостной характер. Для ПТШ N76038а резистивная проводимость gвх будет более плавно зависеть от частоты, чем реактивная проводимость bвх. Поэтому входное сопротивление представим в виде последовательной RC цепи (рис 4.11).
; ; ;
См2;
Ом;
Ом;
; пФ.
Рис 4.11. Преобразование паралельного соединения элементов входного сопротивления в последова-тельное соединение
Для согласования усилителя по входу с сопротивлением Ом вычислим полосу усилителя и декремент затухания.
Полоса частот усилителя:
; или 15,4%
Значение декремента затухания:
;
Так как , то усилитель является широкополосным. В качестве согла-сующего звена на входе усилителя используем трёхрезонаторную согласующую цепь (согласующий трансформатор для широкополосных усилителей) изображённую на рис. 4.5.
По графикам, изображённым на рис 4.6 для определяем элементы чебышевских согласующих цепей:
Определяем параметры инверторов схемы согласования входа транзистора для волнового сопротивления подводящей линии Ом:
Ом ;
Ом ;
нГн ;
См ;
См ;
пФ ;
Ом ;
Ом ;
Длина волны в линии составляет:
м,
где - скорость распространения ЭМВ.
мм ( или );
мм (или );
мм (или );
мм ( или );
мм ( или )
Для короткозамкнутого шлейфа с волновым сопротивлением Ом:
мм (или ).
Для компенсации входной ёмкости на центральной частоте требуется индуктивность:
нГн;
Реальная индуктивность на входе транзистора:
нГн.
Длина этой индуктивности при выполнении её в виде МПЛ с волновым сопротивлением Ом составит:
мм ( или ).
Индуктивность шлейфа:
нГн ;
Длина этого шлейфа с волновым сопротивлением Ом составит:
мм ( или );
После подключения элементов входной согласующей цепи получим следующие значения доступного коэффициента усиления и коэффициента шума для одного каскада усилителя, которые изображены на рис.4.12.
Рис. 4.12. Частотная зависимость коэффициента усиления и коэффициента шума для
одного каскада МШУ, согласованного по входу
Велиничина коэффициента усиления в рабочем диапазоне частот равна: =13,5…11,9 дБ, а коэффициента шума =1,03…1,14 дБ.
Наибольшая шумовая температура каскада МШУ в рабочем диапазоне составит:
;
где T0 = 290 K – cтандартная температура;
- максимальный коэффициент шума усилительного каскада;
К,
что не превышает требуемой температуры МШУ К.
Так как коэффициент усиления с увеличением рабочей частоты уменьшается и неравно-мерность усиления составляет 1,6 дБ, то для выравнивания АЧХ коэффициента усиления выполним согласование транзистора по выходу на верхней частоте диапазона:
МГц.
Выходная проводимость на этой частоте составит:
См
Эта проводимость соответствует параллельному соединению резистивной gвх и реактивной bвх проводимостей. Так как реактивная составляющая входной проводимости имеет положи-тельный знак, то она носит ёмкостной характер.
Поэтому выходное сопротивление как и входное сопротивление представим в виде последовательной RC цепи, параметры которой определяются ниже:
; ;
См2;
Ом ; Ом.
Для компенсации выходной ёмкости на частоте необходимо последовательно с ней подключить индуктивность, значение которой определяется из условия последовательного резонанса:
нГн;
Длина этой индуктивности в микрополосковом исполнении с волновым сопротивлением Ом составит:
мм ( или ),
где м – длина волны на верхней частоте рабочего диапазона;
Коэффициент отражения по выходу составит:
;
А коэффициент бегущей волны:
.
Полученное значение КБВ полностью удовлетворяет режиму согласования, поэтому применение четвертьволнового трансформатора для согласования резистивной составляющей выходного сопротивления транзистора с нагрузкой 50 Ом не требуется.
Номинал сопротивления = 103 Ом и волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора l2 , равное Ом подобраны с учётом получения как можно меньшей неравномерности усиления, которая в данном случае составит 0,3 дБ.
Для дальнейшего уменьшения неравномерности усиления а также коэффициента шума с помощью ЭВМ была проведена корректировка параметров элементов входной и выходной согласующих цепей, значения которых приведены в таблице 4.3.
Таблица№4.3 Расчётные и скорректированные значения элементов СЦ.
|
параметр |
l34 |
lш34 |
lа |
С23, пФ |
lб |
lвх |
lш12 |
R1, Ом |
lвых |
R2, Ом |
z2, Ом |
|
расчёт- ный |
0,17 |
40 |
103 |
12,9 |
|||||||
|
скоррек-тир. |
0,17 |
40 |
54 |
31 |
После корректировки значений параметров согласующих цепей c помощью инструмента Tune программы МicroWave Office 4.02 получаем коэффициент усиления и шума одного каскада, частотные характеристики которых изображены на рис. 4.13.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
