Corso di Microonde II

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1 POLITECNICO DI MILANO Coro di Microonde II Lezi n. 4: Progetto amplificatori Lineari a ingolo tadio

2 Progetto di Amplificatori con dipoitivi potenzialmente intabili Nel cao di dipoitivi potenzialmente intabili, la celta di non è univoca. In generale i hanno due poibili alternative: Scegliere L nella regione tabile e calcolare S in modo da maimizzare G T (anche S deve riultare nella ua regione di tabilità) Scegliere S nella regione tabile e calcolare L in modo da maimizzare G T (anche L deve riultare nella ua regione di tabilità) Per maimizzare G T i impone la condizione di adattamento cugato, cioè: ( ) in L 1 L 1 cao L ( ) out S 1 11S cao

3 Cerchi a G p cotante Dalla definizione di Guadagno di potenza G p i ricava la eguente epreione: G p 1 (1 ) L L ( 11 ) Re L ( 11 ) [ ] Si nota che G p non dipende da S. Si dimotra che G p èempre maggiore o uguale a G T ; i ha l eguaglianza olo quando l ingreo è adattato: in ( ). Si può tracciare nel piano L il luogo dei punti per cui G p ècotante; tale luogo èun cerchio con centro e raggio dati da (g p G p / 1 ): C p ( 11 ) ( ) ( 1 k11 gp gp) p ( ) gp, r 1+ g 1+ g p p 1

4 Progetto con G p aegnato Si ceglie un tranitor con il G T deiderato Si traccia il traccia il cerchio a G p G T ul piano L Si ceglie un punto u queto cerchio (fuori dalla regione di intabilità); tale punto rappreenta il L,opt Si trova il S,opt imponendo adattamento all ucita. Si verifica che anche S,opt ia nella regione di tabilità., opt L, opt 1 L, opt Nota: aegnando S,opt al generatore, i ottiene adattamento e quindi il guadagno di potenza coincide con quello traduttivo richieto inizialmente S,opt Regione di intabilità del generatore Cerchio a G p cot L,opt Regione di intabilità del carico

5 Cerchi a G a cotante Dalla definizione di Guadagno dipbile di potenza G a i ricava la eguente epreione: G a 1 (1 ) S S ( ) Re S ( 11 ) [ ] Si nota che G a non dipende da L. Si dimotra che G a èempre maggiore o uguale a G T ; i ha l eguaglianza olo quando l ucita è adattata: out ( L ). Si può tracciare nel piano S il luogo dei punti per cui G a ècotante; tale luogo è un cerchio con centro e raggio dati da (g a G a / 1 ): C a ( ) 11 r ( ) ( 1 k11 ga + 11 ga) a ( ) ga, 1+ g 1+ g a a

6 Progetto con G a aegnato Si ceglie un tranitor con il G T deiderato Si traccia il traccia il cerchio a G a G T ul piano S Si ceglie un punto u queto cerchio (fuori dalla regione di intabilità); tale punto rappreenta il S,opt Si trova il L,opt imponendo adattamento all ucita. Si verifica che anche L,opt ia nella regione di tabilità. L, opt S, opt 1 11S, opt Nota: aegnando L,opt al carico, i ottiene adattamento in ucita e quindi il guadagno dpbile di potenza coincide con quello traduttivo richieto inizialmente L,opt Regione di intabilità del carico Cerchio a G a cot S,opt Regione di intabilità del generatore

7 Riultati del progetto L amplificatore che i ottiene una volta aegnati i valori di L,opt e S,opt preenta le eguenti caratteritiche (alla frequenza di progetto): 1 Cao (Gp aegnato) Il guadagno traduttivo è quello pecificato L ingreo del tranitor è adattato, ma non l ucita Cao (Ga aegnato) Il guadagno traduttivo è quello pecificato L ucita è del tranitor adattata, ma non l ingreo NOTA: Poiché le reti di adattamento che i utilizzano per generare L,opt e S,opt ono prive di perdite, anche il generatore o il carico ono adattati nei due cai

8 Caratterizzazione del rumore nei dipoitivi attivi a microonde P Nout P Nin Doppio Bipolo Z L N DB Potenza di rumore aggiunta in ucita dal Doppio Bipolo N DB L amplificatore aggiunge in generale potenza di rumore ul carico. Per definire quantitativamente l incremento di rumore ul carico prodotto dall amplificatore i definice la figura di rumore NF: NF PNout G P a Nin P Nout èla potenza totale di rumore in ucita e G a. P Nin è quella che i avrebbe nel cao di doppio bipolo ideale (che non introduce rumore) con guadagno dipbile di potenza G a. NF é funzione della frequenza e dell impedenza del generatore ( S )

9 Andamento di NF al variare di S NF dipende dall impedenza della orgente (cioé da S ) econdo l epreione eguente: min NF ( NF) min + 4rn Significato dei parametri min ( ) (NF) min Minimo valore ottenibile della figura di rumore) min Valore ottimo di S che rende minima NF r n reitenza normalizzata di rumore Queti parametri dipendono tutti dalla frequenza e ono in dipbili per i dipoitivi attivi commerciali (i poono introdurre nei file p).

10 Luogo dei punti ad NFcot ulla Carta di Smith Il luogo dei punti del piano S per cui NF rimane cotante è un cerchio con raggio e centro dati da: C F min 1+ N i, r F 1 1+ N i N i + N i ( ) 1 m con N i dato da: N i NF ( NF ) 4r n min ( ) 1 + min

11 Figura di rumore totale in una cacata di tadi amplificatori G a1, N F1 G a, N F G a3, N F3 NF 1 NF G G G 3 ( NF ) NF TOT a1 a1 a Solo i primi tadi determinano le pretazi di rumore di una catena di amplificatori NOTA: In generale il valore di S che rende minima la figura di rumore non coincide con il valore che rende maimo G T ; la celta del S da aegnare al primo tadio riulta quindi da un compromeo tra le due eigenze (baa NF, alto guadagno)

12 Progetto di uno tadio amplificatore a bao rumore riulta da un compromeo tra G T ed NF. Sulla carta di Smith di i tracciano alcuni cerchi a NFcot e G a cot, e i ceglie,opt nelle regi 1 o in figura. Tenendo conto che NF diminuice al diminuire dei raggi mentre G a diminuice al crecere del raggio, i ha: Cerchi a NFcot NF NF1 G a1 G a Cerchio di Intabilità del gen. In 1 NF NF 1 e G a G a Si previlegia quindi NF NF min 1 In NF NF e G a G a1 Si previlegia quindi G a Cerchi a Gacot Una volta fiato,opt, i calcola L,opt imponendo adattamento in ucita (coì G T G a )