بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله طراحی یک تقویت کننده کم نویز در فرکانس 2 GHz را بررسی می کند. مدار طراحی شده بیش ترین مقدار بهره گین متناسب با کم ترین مقدار نویز را دارا می باشد. مدار های تطبیق منبع و بار این تقویت کننده کم نویز با استفاده از خطوط مایکرواستریپ طراحی شده اند. با توجه به اهمیت پایدای در طراحی تقویت کننده ها، در این مقاله ابتدا به بررسی معیار های پایداری ترانزیستور مورد استفاده می پردازیم. پس از آن، طراحی مدار های تطبیق منبع و بار این تقویت کننده کم نویز مورد بررسی قرار می گیرد. در پایان نیز به تحلیل روش مورد استفاده برای بایاس کردن قطعه مورد نظر می پردازیم.
-1 مقدمه
یکی از مهم ترین و پیچیده ترین بخش ها در نظریه مدار های آنالوگ تقویت سیگنال های ورودی با مدار های ترانزیستوری یک یا چند طبقه می باشد.[1] تقویت کننده های کم نویز - /1$ʼV - معمولا برای تقویت کافی سیگنال های دریافتی جهت غلبه بر نویز طبقه های بعدی به کار می روند.
سه دلیل برای استفاده از تقویت کننده های کم نویز وجود دارد. اولین دلیل فراهم کردن ایزولاسیون مناسب بین طبقه اسیلاتور محلی یا میکسر با آنتن است. دومین دلیل، بهبود حذف فرکانس تصویر و آخرین دلیل آن نیز فراهم کردن زمینه ای مناسب برای گزینش سیگنال های مورد نظر می باشد.
ما در این طرح از ترانزیستور NE68019 استفاده می کنیم که سازنده آن شرکت الکترونیکی NEC می باشد . این ترانزیستور NPN سیلیکونی دارای نویز کم، بهره زیاد و همچنین قیمت کم می باشد که برای استفاده در این طرح بسیار مناسب است. استفاده از پارامتر های S ترانزیستور یاد شده با ولتاژ کلکتور-امیتر VCE=6 v و جریان کلکتور IC=5 mA مبنای انجام این طراحی قرار گرفته است. فرکانس تشدید این ترانزیستور 10 GHz می باشد.
برای انجام شبیه سازی های لازم در این طرح از نرم افزار ADS و همچنین برای انجام محاسبات ریاضی و نمودار ها از نرم افزار MATLAB استفاده شده است.
-2 روش تحقیق
-1-2 بررسی پایداری
اولین مرحله در طراحی یک تقویت کننده بررسی معیار پایداری آن است. با توجه به وابستگی Γin و Γout به مدار های تطبیق منبع و بار، پایداری تقویت کننده ها به ΓS و ΓL که توسط مدار های تطبیق معرفی می شوند، وابسته است. به طور کلی دو نوع پایداری وجود دارد که اولین نوع آن پایداری مشروط و دیگری پایداری بی قید و شرط می باشد.
برای بررسی شرایط پایداری از تست K-، معادلات - 1 - و - 2 - ، و برای بررسی میزان پایداری از تست ، معادله - 3 - استفاده می شود. هنگامی که | |<1 و K>1 باشد، قطعه بدون هیچ شرطی پایدار است.
شکل 1 نمودار پایداری بر حسب فرکانس را برای ترانزیستور مورد نظر نشان می دهد. در فرکانس 2 GHz، | |=0/33، K=1/09 و µ=1/05 می باشد که نشان دهنده پایداری بی قید و شرط ترانزیستور مورد استفاده است.
شکل :1 نمودار معیار پایداری بر حسب فرکانس برای ترانزیستور .NE68019
-2-2 طراحی مدار های تطبیق
به طور کلی در طراحی ها با توجه به افزایش فرکانس و کاهش طول موج، اثرات نا مطلوب و انگلی عناصر مجزای مدار بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. به همین دلیل از اجزای توزیعی به جای اجزای فشرده استفاده می شود.[1] در این تقویت کننده برای طراحی مدار های تطبیق منبع و بار از خطوط مایکرواستریپ بهره می بریم. این خطوط به گونه ای طراحی شده اند تا ضمن داشتن امپدانس مشخصه Z0=50، نقش سلف یا خازن را در مدار ایفا کنند.[5] استفاده از یک خط انتقال با طول مشخص به صورت مدار باز - a stub - که با یک خط انتقال دیگر با فاصله معین از منبع و بار موازی شده است، روش تطبیق مورد استفاده در این مقاله می باشد.[4] برای طراحی این LNA، کم ترین مقدار نویز در منبع و بیش ترین مقدار بهره توان متناسب با آن در بار مورد انتظار است که این ملاحظات را در طراحی لحاظ می کنیم.
عدد نویز یک تقویت کننده دو دریچه ای از معادله - 4 - محاسبه می شود که به Fmin، Rn و Γopt بستگی دارد. این مقادیر که پارامتر های نویز نام دارند، توسط کارخانه سازنده قطعه ارایه می شوند.
شکل 2 نمودار کم ترین مقدار عدد نویز بر حسب فرکانس را نشان می دهد.
