3.4: Негативний дизайн підсилювача зображення

Last updated
Save as PDF

Page ID: 34167

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Дизайн з використанням методу негативного зображення проілюстрований у прикладі в розділі 3.5, але тут буде пояснена філософія, що стоїть за технікою. Метод розбиває етапи проектування на набагато простіші кроки.

У цьому розділі буде описана конструкція широкосмугового підсилювача з використанням методу негативного зображення для підсилювача, що має один транзистор. Ідея може бути застосована до конструкцій підсилювачів з декількома транзисторами. Базова модель НВЧ-транзистора має шунтуючі вхідні і вихідні ємності і ємність зворотного зв'язку між виходом і входом. Хорошою стратегією проектування підсилювача було б спочатку розмістити (ідеальні) негативні ємності в шунті з кожним із цих конденсаторів, а потім спробувати синтезувати схему, схожу на негативний конденсатор. Це описує сутність методу проектування підсилювача негативного зображення, за винятком того, що не робиться спроб безпосередньо

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Динамічні лінії навантаження кожного транзистора в розподіленому підсилювачі TGA8220 MMIC. Після [4], авторське право Мікрохвильові печі & RF, використовується з дозволу.

скасувати конденсатор зворотного зв'язку транзистора і замість цього вхідні та вихідні відповідні мережі налаштовуються для його обліку.

Метод проектування підсилювача негативного зображення досягає високої пропускної здатності шляхом синтезу вхідних і вихідних узгоджувальних мереж, починаючи з кожної мережі, що містить негативну ємність паралельно з входом і виходом відповідно паразитних ємностей транзистора. Потім паралельно з негативними ємностями ставляться резистивні навантаження, обрані для максимальної передачі потужності. Ця схема моделюється з фактичною моделлю транзистора, і за цим слідує крок оптимізації для оптимізації широкосмугового посилення та шумових реакцій підсилювача при одночасному забезпеченні стабільності підсилювача. У цьому процесі враховується вплив ємності зворотного зв'язку та повна складність транзистора. Вхідні та вихідні відповідні мережі є мережами негативних зображень. Наступним кроком є окремий синтез мереж, що забезпечують характеристики ідеальної вхідної і вихідної узгоджувальних мереж. Це можна зробити лише через обмежену пропускну здатність, але зазвичай це близько половини октави. Цей процес вказує на оптимальні характеристики вхідних і вихідних узгоджуючих мереж. Мережі негативних зображень тепер можуть бути синтезовані окремо, і після синтезу можуть бути включені в модель транзистора, щоб отримати загальну схему, яку можна додатково регулювати, але, можливо, буде потрібно лише кілька відсотків регулювання.

Метод негативного зображення регулярно досягає половини октави пропускної здатності. Те, що робиться в дизайні узгоджуючої мережі, використовує топологію, яка представляє те, що виглядає як негативний конденсатор, а також правильне перетворення імпедансу (як правило, до\(50\) Ом). Ось тут і вступає в гру винахід. Імпеданс дивиться на вхід (або вихід) транзистора обертається по відношенню до частоти в напрямку годинникової стрілки на діаграмі Сміта. Складний сполучений імпеданс обертається в напрямку проти годинникової стрілки. Дизайнер намагається розробити відповідну мережу, яка відстежує зустрічний обертовий локус, але з одним конденсатором та одним індуктором локус імпедансу (щодо частоти), дивлячись у відповідну мережу, буде обертатися за годинниковою стрілкою. Єдина проста схема, яка дасть вам потрібні характеристики, включає дві або більше ліній електропередачі. Дизайнер використовує топологію, яку хтось інший виявив. Не представляється можливим синтезувати найкращу мережу.

Існують деякі обмеження, як вхід, так і вихід транзистора матимуть деяку серійну індуктивність через зв'язки для дискретних транзисторних частин і через довжини лінії передачі для транзисторів на мікросхемі. Імпеданс цих індуктивностей буде невеликим порівняно з паразитарними ємностями і дійсно матиме значення лише в тому випадку, якщо вхідний опір транзистора (у випадку індуктивності на вхідному порту) або вихідний опір транзистора (у випадку індуктивності на вихідному порту) також маленький. Як правило, потрібно лише компенсувати вихідну індуктивність у моделі негативного зображення вихідної мережі. і це робиться за допомогою використання негативної індуктивності.

На цьому етапі конструкція підсилювача складається з вхідних і вихідних мереж узгодження негативних зображень, які є досить простими і містять негативні елементи. Робота підсилювача оптимізована за допомогою цих простих узгоджувальних мереж. Транзистор не є одностороннім, тому вхідні та вихідні відповідні мережі повинні бути відрегульовані ітераційно, щоб отримати оптимальну продуктивність. Відповідні мережі настільки прості, що в симуляторі схеми можна використовувати ручну настройку.

З простими відповідними мережами, розробленими, завдання тепер полягає в тому, щоб реалізувати прості відповідні мережі з реальними елементами. Можливо, можна використовувати L та C у структурі, подібній до фільтра, але результат рідко буває дуже хорошим. Найкращі результати виходять при використанні конструкцій ЛЕП. Немає способу систематично синтезувати ці відповідні мережі. Топології на основі лінії передачі, які використовуються в тематичному дослідженні, є винаходами. Є дуже мало інших структур, які працюють. Проблема проектування значно спрощена, і дизайн може зосередитися на проектуванні спочатку вхідної мережі, а потім вихідної відповідної мережі без включеного транзистора.