4.13: Вправи

1. У розділі 4.2.1 представлені рівняння гармонічного балансу для аналізу нелінійного резистора. DC, фундаментальна, і друга гармоніка були збережені. Вивести рівняння гармонічного балансу, якщо в аналізі зберігаються лише постійний струм та основні тони. Тобто вивести аналіз у розділі 4.2.1. Для виконання аналізу не потрібно реалізовувати комп'ютерну програму.
2. Нова схема цифрової модуляції виробляє сигнал з PMEPR\(5.6\text{ dB}\). Яка максимальна ефективність доданої потужності індуктивно зміщеного підсилювача класу А, якщо коефіцієнт посилення підсилювача є\(40\text{ dB}\)? Поясніть свої міркування. [Підказка: Розглянемо таблицю 4.3.2.]
3. Цифровий модульований сигнал має PMEPR\(10\text{ dB}\). Яка максимальна ефективність доданої потужності резистивно упередженого підсилювача класу А, якщо коефіцієнт посилення підсилювача є\(20\text{ dB}\)? Поясніть свої міркування.
4. Підсилювач приводиться в дію цифровим модульованим сигналом з PMEPR\(20\text{ dB}\). Що таке коефіцієнт зниження ефективності?
5. Підсилювач класу C використовується для посилення сигналу GSM.
   1. Що таке PMEPR сигналу GSM?
   2. \(1\text{ dB}\)Показник стиснення посилення не має значення, коли підсилювач класу C підсилює сигнал GSM. Поясніть.
6. Підсилювач з однотонним вихідним коефіцієнтом\(1\text{ dB}\) посилення потужності стиснення\(26\text{ dBm}\) використовується для підсилення цифрового модульованого сигналу з PMEPR\(6\text{ dB}\). Яка середня потужність\(\text{dBm}\) вихідного сигналу, якщо рівень стиснення\(1\text{ dB}\) посилення приймається за максимально прийнятне спотворення?
7. Вхід РФ до підсилювача\(10\text{ dB}\) потужності - це FM-сигнал.
   1. Що таке PMEPR вхідного радіочастотного сигналу?
   2. Яка максимальна ефективність доданої потужності індуктивно зміщеного підсилювача класу А, якщо коефіцієнт посилення підсилювача є\(20\text{ dB}\)? Поясніть свої міркування.
   3. Яка потужність РФ на виході підсилювача?
   4. Яка потужність постійного струму споживається підсилювачем, якщо точка стиснення\(1\text{ dB}\) посилення встановлює пікову вихідну потужність РЧ? Тобто максимальна вихідна потужність РЧ - це коли підсилювач працює в точці стиснення посилення.
8. Вхід РФ до підсилювача\(20\text{ dB}\) потужності - це комбінація десяти\(10\text{ W}\) FM-сигналів.
   1. Що таке PMEPR одного FM-сигналу?
   2. Що таке PMEPR комбінованого радіочастотного сигналу? (Вважайте, що FM-сигнали вузькосмугові і що вони не корелюють.)
   3. Який коефіцієнт посилення підсилювача, коли він видає найбільший спотворений сигнал з прийнятними спотвореннями? (Припустимо, що максимальний спотворений сигнал визначається вихідною потужністю при стисненні\(1\text{-dB}\) посилення.)
   4. Яка загальна потужність РФ на виході підсилювача?
   5. Яка потужність постійного струму споживається підсилювачем, якщо точка стиснення\(1\text{ dB}\) посилення встановлює пікову вихідну потужність РЧ? Тобто максимальна вихідна потужність РЧ - це коли підсилювач працює в точці стиснення посилення.
   6. Яка максимальна неспотворена ефективність доданої потужності індуктивно зміщеного підсилювача класу А, якщо коефіцієнт посилення підсилювача є\(20\text{ dB}\)? Поясніть свої міркування.
9. Вхід підсилювача\(10\text{ dB}\) потужності складається з\(10\) GSM сигналів.
   1. Що таке PMEPR одного GSM сигналу
   2. Що таке PMEPR сигналу\(10\) -GSM? (Вважайте, що сигнали GSM вузькосмугові і що вони не корелюють.)
   3. Яка максимальна ефективність доданої потужності індуктивно зміщеного підсилювача класу А? Поясніть свої міркування.
10. Який кут провідності ідеального індуктивно зміщеного підсилювача класу А?
11. Який кут провідності ідеального підсилювача класу E?
12. Який кут провідності ідеального підсилювача класу F?
13. Відповідний підсилювач з\(50\:\Omega\) джерелом і\(50\:\Omega\) навантаженням має ВЧ-вхід з піковою напругою\(V_{\text{IN}}\) та вхідною потужністю\(P_{\text{IN}}\), а вихід з піковою напругою\(V_{\text{OUT}}\) та вихідною потужністю\(P_{\text{OUT}}\). Передавальна функція підсилювача (включаючи вхідні та вихідні узгоджуючі мережі та активний пристрій) описується шляхом\(V_{\text{OUT}} = 5 \tanh\: V_{\text{IN}}\).
    1. Намалюйте характеристику передачі як\(V_{\text{OUT}}\) проти\(V_{\text{IN}}\).
    2. Вивести вираз для\(P_{\text{OUT}}\) versus\(P_{\text{IN}}\).
    3. Що таке лінійне посилення напруги підсилювача?
    4. Що таке лінійний коефіцієнт посилення потужності підсилювача в децибелах?
    5. Яка насичена вихідна потужність підсилювача,\(\text{dBm}\) якщо радіочастотний сигнал є однією синусоїдою?
    6. Яка вихідна потужність РФ в\(\text{dBm}\) точці стиснення\(1\text{ dB}\) посилення, якщо радіочастотний сигнал є однією синусоїдою?
14. Одноступінчастий підсилювач має лінійний\(1\text{ dB}\) коефіцієнт посилення\(10\text{ dBm}\), точку стиснення вихідного посилення та OIP3\(30\text{ dBm}\).\(16\text{ dB}\)
    1. Який максимальний синусоїдальний вхідний сигнал при стисненні виходу підсилювача\(1\text{ dB}\)?
    2. Що таке точка перехоплення третього порядку на вході (IIP3)?
15. Одноступінчастий підсилювач має лінійний\(1\text{ dB}\) коефіцієнт посилення\(10\text{ dBm}\), точку стиснення вихідного посилення та OIP3\(30\text{ dBm}\).\(16\text{ dB}\) \(6\text{ dB}\)Використовується сигнал зв'язку з PAR of. Яка максимальна середня потужність вхідного сигналу перед тим, як вихід зазнає значного стиснення? Це визначається в точці, в якій піковий сигнал стискається\(1\text{ dB}\).
16. Відповідний підсилювач з\(50\:\Omega\) джерелом та\(25\:\Omega\) навантаженням має синусоїдальний ВЧ-вхід з піковою напругою\(V_{\text{IN}}\) та вхідною потужністю\(P_{\text{IN}}\) та вихід з піковою напругою\(V_{\text{OUT}}\) та вихідною потужністю\(P_{\text{OUT}}\). Передавальна функція підсилювача описується\(v_{\text{out}}(t)=5v_{\text{in}}(t) − 0.5v_{\text{in}}^{3}(t)\) тим, де\(v_{\text{in}}(t)\) і\(v_{\text{out}}(t)\) знаходяться миттєві значення вхідної і вихідної напруги. Максимальне значення\(v_{\text{in}}(t)\) дорівнює\(2\text{ V}\).
    1. Намалюйте функцію миттєвої передачі напруги підсилювача. Тобто сюжет\(v_{\text{out}}\) проти\(v_{\text{in}}\).
    2. Вивести вираз для\(V_{\text{OUT}}\) versus\(V_{\text{IN}}\). Тобто сюжет\(V_{\text{OUT}}\) проти\(V_{\text{IN}}\).
    3. На попередньому ескізі накладіть функцію передачі величини напруги підсилювача.
    4. Вивести вираз для\(P_{\text{OUT}}\) versus\(P_{\text{IN}}\).
    5. Що таке лінійне посилення напруги підсилювача?
    6. Що таке лінійне посилення потужності в\(\text{dB}\) підсилювачі?
17. РЧ-вихід стільникового телефону має підсилювач драйвера, а потім підсилювач потужності. Підсилювач драйвера має лінійний коефіцієнт посилення\(30\text{ dB}\) і вихідну точку\(1\text{ dB}\) стиснення\(20\text{ dBm}\). Підсилювач потужності має лінійний коефіцієнт посилення\(12\text{ dB}\) і потужність стиснення вихідного\(1\text{ dB}\) посилення\(39\text{ dBm}\).
    1. Що таке лінійний коефіцієнт посилення каскаду підсилювача потужності драйвера?
    2. Яка потужність стиснення вихідного\(1\text{ dB}\) посилення в\(\text{dBm}\) каскаді?
18. Відповідний одноступінчастий підсилювач в\(50\:\Omega\) системі має лінійний коефіцієнт\(1\text{ dB}\) посилення\(16\text{ dB}\) і потужність стиснення вихідного посилення\(10\text{ dBm}\). Яка амплітуда максимального синусоїдального вхідного сигналу при стисненні посилення підсилювача\(1\text{ dB}\)?
19. Індуктивно зміщений підсилювач HBT класу А зміщений із напругою спокою колектор-випромінювача\(5\text{ V}\) та струмом спокою колектор-емітера\(100\text{ mA}\). При роботі в точці\(1\text{ dB}\) стиснення вхідна потужність РФ є,\(20\text{ mW}\) а вихідна потужність -\(300\text{ mW}\). Врахуйте, що радіочастотний сигнал є синусоїдою, і зверніть увагу, що напруга спокою колектора-випромінювача буде напругою живлення.
    1. Яка потужність спокою постійного струму споживається транзистором? Висловіть свою відповідь в міліватах?
    2. Що таке вихідна потужність в\(\text{dBm}\)?
    3. Який ККД підсилювача? Зверніть увагу, що ефективність індуктивно зміщеного підсилювача класу А може бути більше, ніж\(50\%\) якщо можна допускати спотворення.
    4. Що таке коефіцієнт корисної дії підсилювача?
    5. Якщо вхідна потужність зменшується\(10\text{ dB}\) так, що підсилювач більше не стискається, чи зміниться точка спокою постійного струму? Поясніть свою відповідь.
    6. З\(1\text{ mW}\) вхідною потужністю, яка ефективність підсилювача додається, якщо точка спокою не змінюється? (Малий коефіцієнт посилення сигналу підсилювача є\(13\text{ dB}\).)
20. Підсилювач має коефіцієнт посилення\(10\text{ dB}\) і вихідну потужність\(1\text{ W}\). Підсилювач має додану потужність ККД\(25\%\).
    1. Який загальний ККД підсилювача?
    2. Який ККД підсилювача?
21. Підсилювач з коефіцієнтом посилення\(20\text{ dB}\) і з однотонним вхідним\(1\text{ dB}\) посиленням потужності стиснення\(0\text{ dBm}\) використовується для посилення цифрового модульованого сигналу з PMEPR\(8\text{ dB}\). Яка середня потужність\(\text{dBm}\) вихідного сигналу, якщо пікова потужність радіочастотного сигналу встановлена рівною рівню\(1\text{ dB}\) посилення стиснення?
22. Властивості спотворення схеми MOSFET нижче фіксуються нелінійним рівнянням транспровідності\(i_{DS1} = a_{1}V_{GS1} + a_{3}V_{GS1}^{3}\), де\(a_{1} = 0.01\text{ A/V}\) і\(a_{3} = −0.1\text{ A/V}^{3}\). [Ви можете використовувати проміжні результати з Прикладу 4.4.1.]

Малюнок\(\PageIndex{1}\)

1. Що таке IIP3 з точки зору напруги?
2. Що таке OIP3 з точки зору напруги?

23. Властивості спотворення схеми MOSFET нижче фіксуються нелінійним рівнянням транспровідності\(i_{DS1} = 0.02V_{GS1} − 0.5V_{GS1}^{3}\). [Ви можете використовувати проміжні результати з Прикладу 4.4.1.]

Малюнок\(\PageIndex{2}\)

1. Що таке IIP3 з точки зору напруги?
2. Що таке OIP3 з точки зору напруги?

24. Властивості спотворення схеми MOSFET нижче фіксуються нелінійним рівнянням транспровідності\(i_{DS2} = b_{1}V_{GS1} + b_{3}V_{GS2}^{3}\), де\(b_{1} = 0.05\text{ A/V}\) і\(b_{3} = −0.2\text{ A/V}^{3}\). [Ви можете використовувати проміжні результати з Прикладу 4.4.1.]

Малюнок\(\PageIndex{3}\)

1. Що таке IIP3 з точки зору напруги?
2. Що таке OIP3 з точки зору напруги?

25. Властивості спотворення схеми MOSFET нижче фіксуються нелінійним рівнянням транспровідності\(i_{DS2} = 0.1V_{GS1} − 0.4V_{GS2}^{3}\). [Ви можете використовувати проміжні результати з Прикладу 4.4.1.]

Малюнок\(\PageIndex{4}\)

1. Що таке IIP3 з точки зору напруги?
2. Що таке OIP3 з точки зору напруги?

26. Властивості спотворення схеми MOSFET нижче фіксуються нелінійними рівняннями транспровідності\(i_{DS1} = a_{1}V_{GS1} + a_{3}V_{GS1}^{3}\) і\(i_{DS2} = b_{1}V_{GS1} + b_{3}V_{GS2}^{3}\)\(a_{1} = 0.01\text{ A/V}\), де\(a_{3} = −0.1\text{ A/V}^{3}\),\(b_{1} = 0.05\text{ A/V}\), і\(b_{3} = −0.2\text{ A/V}^{3}\). [Ви можете використовувати проміжні результати з Прикладу 4.4.1.]

Малюнок\(\PageIndex{5}\)

1. Що таке IIP3 з точки зору напруги?
2. Що таке OIP3 з точки зору напруги?

4.13.1 Вправи за розділами

\(†\)складний,\(‡\) дуже складний

\(§4.2\: 1†\)

\(§4.3\: 2, 3, 4, 5, 6, 7†, 8†, 9†, 10, 11, 12, 13‡\)

\(§4.4\: 14†, 15†, 16†, 17†, 18†, 19†, 20, 21\)

\(§4.5\: 22†, 23†, 24†, 25†, 26†\)

4.13.2 Відповіді на вибрані вправи

2. \(13.75\%\)

5. \(0\text{ dB}\)

7. (г)\(796\text{ mW}\)
8. (г)\(10\text{ kW}\)

11. \(180^{\circ}\)

13. (г)\(13.98\text{ dB}\)

16. (б)\(5V_{\text{IN}}-0.375V_{\text{IN}}^{3}\)
    (f)\(17.0\text{ dB}\)

19. (f)\(3.8\%\)

24. \(4.33\text{ V}\)