تقویت کننده سیگنال

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
دايره هاي عدد نويز
در بسياري از تقويت كننده هاي RF، براي تقويت سيگنال در سطح نويز حداقل, نيازمند يك سيستم حساب شده مي باشيم. متاسفانه طراحي يك تقويت كننده کم نويز با فاكتوهايي نظير پايداري و بهره سنجيده مي شود, براي نمونه در ماكزيمم بهره، نويز حداقل نمي تواند بدست آيد. بنابراين اهميت دارد كه روشهايي را كه به ما اجازه مي دهند كه نويز موثر را به عنوان قسمتي از نمودار اسميت براي هدايت شباهت ها و مشاهده توازن ما بين گين و پايداري نشان مي دهد توسعه مي دهيم.
از يك نمای تمريني، جزء موثر تحليل نويز ، عدد نويز تقويت كننده دو پورتي در فرم ادميتانسي است .
9.73 2
و يا فرم معادل امپدانسی 9.74
كه امپدانس منبع است .
هر دو معادله از ضميمه H مشتق شده‌اند. هنگام استفاده از ترانزيستور بطور معمول چهار پارامتر نويز شناخته مي شوند كه از طريقdatasheet كارخانه سازنده FET ياBJT يا از طريق اندازه گيريهای مستقيم بدست مي آيند . آنها عبارتند از :
- عدد نويز حداقل (همچنین اپتيمم نیز ناميده مي شود) كه رفتارش بستگي به شرايط پايه اي و عملكرد فركانسی دارد . اگر وسيله, نويزي نداشته باشد ما ميتوانيم Fmin را برابر 1 بدست آوريم.
- مقاومت معادل نويز كه برابر عكس رسانايي وسيله میباشد
P 503.
- ادميانس اپتيمم منبع

بجاي امپدانس يا ادميتانس ، ضريب انعكاس اپتيممopt اغلب ليست مي شود. ارتباط ما بين و بوسيله رابطه زير بيان ميشود:
9.75
از زمان انتخاب پارامتر S به عنوان مناسب ترين گزينه براي طرحهاي فركانس بالا ما رابطه9.73را به فرمی تبدیل کردیم که ادمیتانسها با ضرایب انعکاس جایگزین شوند.در کنار 9.75 ما از رابطه زير در 9.73 استفاده مي كنيم :

GS مي تواند بصورت نوشته شود و نتيجه نهايي بصورت زير است :

در رابطه 9.77 مقدار Fmin و Rn و شناخته شده هستند.
بطور كلي مهندس طراح براي تنظيم آزادي عمل دارد تا عدد نويز را تحت تاثير قرار دهد . براي Гs=Гopt مي دانيم كه كمترين مقدار ممكن عدد نويز براي F= بدست مي آيد . براي جواب دادن به اين سوال كه چگونه با يك عدد نويز خاص اجازه مي دهند كه بگوييم Fk با Гs مرتبط است رابطه 9.77 را باید بصورت زير بنويسيم:

كه عناصر موجود در طرف راست يك شكل معادله برگشتي را ارائه مي دهند . يك ثابت Qk كه با معادله زير بیان مي شودمعرفی میکنیم:

و ارنج دوباره عبارتها معادله زير را مي دهد:

تقسيم شدن بر (1+Qk) و به توان دو رساندن بعد از مقداري عمليات جبري نتيجه مي‌دهد:

.P 504
اين يك معادله برگشتي مورد نياز در فرم استاندارد است كه مي تواند بعنوان قسمتي از نمودار اسميت ظاهر شده باشد .

که موقعيت مركز دايره dFK با عدد كمپلكس زير نشان داده شده است :

و با شعاع

دو نكته جالب توجه و جود دارد كه از معادله هاي 9.83 و 9.84 بدست مي‌آيند .
منیمم عدد نويز براي FK=Fmin بدست مي آيد كه با مكان شعاع هماهنگي دارد .
همه مراكز دايره هاي نويز ثابت در طول يك خط از محيط به نقطه كشيده شده‌اند عدد نويز بزرگتر نزديكتر به مركز dFk به سمت محيط حركت مي كند و شعاع rFK بزرگتر مي شود . مثال زير توازن بين بهره و عدد نويز را براي تقويت كننده سيگنال كوچك نشان مي دهد .
P 505.
مثال 9.14: يك تقويت كننده سيگنال كوچك براي عدد نويز مينيم وگين مشخص با استفاده از ترانزيستورهاي يكسان مانند مثال 9-13 طراحي کنید. يك تقويت كننده قدرت نويز پايين با 8dB بهره و عدد نويزي كه كمتر از 1.6dB است راميتوان بافرض این که كه ترانزيستورهاپارامترهاي نويز زيررا دارندdB Fmin-=1.5 ، طراحی کرد.
حل : عدد نويز مستقل از ضريب انعكاس بار است. هر چند تابعي از امپدانس منبع است .
پس مپ كردن دايره گين ثبت بدست آمده در مثال 9.13 به پلان آسان است. با بكار بردن معادلات 9.64 و 9.65 و مقادير مثال 9.13 با مركز و شعاع دايره گين ثابت را پيدا مي كنيم: 18º dgs=0.29<- و Vgs=0.18 .
يك قرار گرفته در هر جاي روی اين دايره، مقدار گين مورد نياز را بر آورده خواهد كرد .
هر چند براي اينكه به جزئيات عدد نويز دست يابيم بايد مطمئن باشيم كه داخل دايره نويز ثابت FK=2dB قرار دارد.
مركز دايره نويز ثابت و شعاع آن به ترتيب با استفاده از معادله هاي 9.83 و 9.84 محاسبه شده اند.
آنها با هم در زير با ضريب QK ليست شده اند 9.79 را ببينيد:
Q¬K=0.2 dFK=0.42 < 45 , rFk=0.36
دايره هاي آمدهG=8dB و Fk=1.6dB در شكل 9.17 نشان داده شده اند.

شکل 9.17

توجه شود كه ماكزيمم بهره قدرت در نقطه اي بدست آمده كه
P506.
(مثال 9.11 را براي محاسبات جزئيات ببينيد) هرچند عدد نويز مينمم در بدست آمده است كه براي اين مثال نشان مي دهد كه دسترسي به ماكزيمم بهره و مينيم عدد نويز بطور همزمان غير ممكن است. آشكار است كه بعضي از توافقات بايد صورت گيرد.
براي كوچك كردن عدد نويز براي يك گين داده شده ، ما بايد ضريب انعكاس منبع را تا حد امكان نزديك يه بر گزينيم تا زمانيكه هنوز روي دايره بهره ثابت بماند . با بكار بردن رابطه 9.62 و انتخاب دلخواه ، را بدست مي دهد.
عدد نویز تقویت کننده با استفاده از رابطه 9.77 بدست میآید:

9.6 دايره هاي VSWR ثابت .
در بسياري از موارد تقويت كننده بايد زير يك مقدار VSWR مشخص كه در پورت ورودي و خروجي تقويت كننده اندازه گيري شده بمانند . رنج تغيرات VSWR بين [1.5 , 2.5] باشد1.5<=VSWR<=2.5 همانگونه كه از بحثمان در فصل 8 مي دانيم , هدف از شبكه هاي تطبيق اساسا جهت كاهش VSWR در ترانزيستوراست. مشكل از اين حقيقت ناشي مي شود كه, VSWR ورودي (يا (VSWR¬IMN در ورودي شبكه تطبيق مشخص شده است كه در برگشت بوسيله جزءهاي اكتيو و از طريق فيدبك بوسيله شبكه تطبيق خروجي (OMN) تحت تاثير است بر عكس VSWR خروجي (يا (VSWROMN بوسيله OMN و دوباره از طريق فيد بك بوسيله IMN مشخص شده است . اين گفته ها به يك طرح دو جانبه نزديك است همانگونه كه در بخش 9.4.3 بحث شد.
براي جا افتادن اين قسمت ، اجازه دهيد نگاهي به تصویری كه در شكل 9.18 نشان داده شده بيندازيم.
دو VWSR كه قسمتي از يك جزء تقويت كننده RF هستند: