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Amplificador con transistor BJT (Microondas)

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Amplificador con transistor BJT (Microondas)

  1. 1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES MICROONDAS PRACTICA 4 SEPTIMO CICLO 2013 1 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  2. 2. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas TEMA: AMPLIFICADOR CON TRANSISTORES BJT OBJETIVOS Diseñar un amplificador con transistores BJT Determinar los parámetros S del transistor El amplificador debe tener una ganancia mínima de 10 dB Simular el amplificador utilizando la herramienta Microwave. MARCO TEÓRICO AMPLIFICADOR CON TRANSISTORES. Los amplificadores más interesantes por la relación entre el costo, consumo, tamaño, reproductividad y distorsiones son los realizados mediante transistores El semiconductor silicio es útil en transistores bipolares hasta los 3000 MHz, mientras que el Arseniuro de Galio (As Ga) se utiliza por encima de dicha frecuencia en la configuración de transistor de efecto de campo (FET). En los amplificadores de potencia de estado sólido el nivel máximo de potencia de salida es de 10 watts en las bandas de 4/6 GHz y de 2,5 w en 11/14 GHz. Tienen por ello una potencia de salida limitada frente a los amplificadores tradicionales usados en estaciones terrenas. En los amplificadores de bajo ruido se selecciona la configuración FET con barrera Schottky que permite una figura de ruido muy reducida. Por ejemplo, en estaciones terrenas con 4 etapas donde la primera se enfría termoeléctricamente mediante celdas Peltier a -40 °C se logran valores de 0,6 dB a 4 GHz con ganancia de 14 dB. Una de las aplicaciones importantes de un amplificador de microondas está en la salida de un transmisor en donde una señal necesita amplificarse antes de ser transmitida. Un amplificador es necesario para transmitir una señal a través de una antena y un medio. El amplificador de microondas amplifica la señal de entrada después de que la señal ha sido modulada en 2 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  3. 3. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas eltransmisor. El paso de la amplificación es necesario para cualquier aplicación de transmisión medianteantenas. Los amplificadores de microondas combinan elementos activos con circuitos de línea de transmisión pasivos que proveen las funciones críticas a los sistemas e instrumentos de microondas. PARAMETROS S 1 Figura 1. Parámetros “S” de un transistor . El siguiente físico de estos parámetros son los siguientes: S11 y S22 son los coeficientes de reflexión a la entrada y la salida si se carga con la impedancia de referencia. Pueden representarse sobre la carta de Smith S12 y S21 son las ganancias de transferencia en sentido directo e inverso Pueden representarse sobre una carta polar o sus módulos sobre ejes cartesianos. Todos ellos dependientes del punto de polarización y la frecuencia. 1 Imagen tomada de MICROONDAS, Amplificadores de microondas, pag 2. http://agamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/ittst/mic/apuntes/ampli0506.pdf 3 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  4. 4. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Los parámetros “S” han ganado popularidad desde fines de los ’60 debido a la aparición de instrumentos de medición para la medición de los parámetros S. Hoy en día es mucho más común que las hojas de datos de los transistores de radiofrecuencia contengan las especificaciones de los parámetros S que de los Y. Los parámetros S varían con la frecuencia y la polarización. Por lo tanto, luego de elegir la frecuencia y el transistor, debemos determinar un punto de operación estable, y calcular los parámetros S.Utilizando los parámetros S veremos algunas propiedades del amplificador. CALCULOS AMPLIFICADOR Hemos seleccionado el transistor BJT NE696 que posee las siguientes características y parámetros “S”a 2.400Mhz, con un VCE= 1 V y un IC= 5 mA: El amplificador debe operar entre terminaciones de 50 ohm. Datos: S11= 0.0.338/-165.4° S22= 0.541/ -70.7° S12= 0.059/ 27.5° S21= 4.496/61.9° 4 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  5. 5. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas 2 Figura 2. Parámetros “S” transistor NE696 . Primero, calculamos el factor K para ver si el transistor es estable en la frecuencia de operación y en el punto de polarización: Ds = S11S22 - S12 S21 DS= [(0.338/ -165.4°) (0.541/ -70.7°)] – [(0.059/ 27.5°) (4.496/ 61.9°)] = 0.1133196/ 76.6°- 0.321625/ 99.2° = ( -0.101988155 + j0.151774386) – (0.00277779 + j0.26525) = -0.1048 –j0.1135 = 0.1544 /-132.7° Se utiliza la magnitud de Ds para calcular K. 2 Imagen tomada de DATASHEETARCHIVE, Amplificadores de microondas, pag 2. http://www.datasheetarchive.com/dlmain/Datasheets-10/DSA-192340.pdf 5 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  6. 6. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas K K 2 1 DS S11 2 S 22 2 2 S 21 S12 1 0.1544 2 0.338 2 0.541 2 2 0.059 4.496 K 0.616914 0.530528 K 1.1628 Como K es mayor que 1, el transistor es incondicionalmente estable y podemos continuar con el diseño. Calculamos las Gammas de entrada y salida. B1 ^ 2 * 4 | C1 |^2 B1 S 2C1 2 B1 1 S11 B1 1 0.338 B1 S11 2 s= 2 DS 2 0.6169 C1 S 22 0.541 2 0.1544 2 DS S 22 0.755 /178.2° 6 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  7. 7. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas B2 ^ 2 4 | C 2 |^2 B2 L 2C 2 2 B2 1 S11 B2 1 0.338 B2 S11 2 L= 2 DS 2 0.6169 C2 S 22 0.541 2 0.1544 2 DS S 22 0.755 /75.94° Ahora calculamos la ganancia total, que es el producto de otras ganancias, la ganancia del acople de entrada, la ganancia del acople del transistor y la ganancia del acople de salida. GT= GS * Go * GL Gs= 1.7652 = 2.46 dB Go = |S21|^2 Go = 20.21 = 13.056 dB GL = 1.2152 = 0.846 dB Entonces la ganancia total es: 7 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  8. 8. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas GT = 16.362 dB. Figura 3. Calculos STUB y Linea utilizando la carta de Smith 8 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  9. 9. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Figura 4. Parámetros típicos transistor NE696. 9 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  10. 10. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Figura 5. Parametros típicos transistor NE696. IMÁGENES SIMULACIONES AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR BJT Figura 6. Diseño esquemático Amplificador con transistor BJT 10 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  11. 11. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Figura 7. Parámetros “S” Amplificador con transistor BJT Figura 8.Reflexión , Amplificador con transistor BJT 11 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  12. 12. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Figura 9. Vista Layout, Amplificador con transistor BJT.. Figura 10. Vista 3D, Amplificador con transistor BJT.. CONCLUSIONES Se debe determinar las especificaciones que tendrá nuestro amplificador para de esta manera empezar el trabajo buscando el transistor que usaremos que se ajuste a nuestras necesidades. 12 Cristian Aguirre Ronnier Torres
  13. 13. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Practica Microondas Se debe establecer a frecuencia a utilizar para de esta manera establecer así mismo los parámetros “S” del transistor que utilizaremos. Diseñar un buen acoplo nos permite la entrega máxima de ganancia de nuestro amplificador. El dispositivo seleccionado debe ser estable de esta manera las impedancia del circuito no tengan valores reales negativos. REFERENCIAS MICROWAVE ENGINEERING: David M. Pozar, capítulo11, pág. 550-555. BLOGGER: Amplificadores microondas de potencia [en línea] Consultado el 19-012014. Disponible en: http://amplificadoresmicro.blogspot.com/2010_02_01_archive.html MICROONDAS: Amplificadores de microondas con transistores, Pablo Luiz López Espí,pág 25. UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID ESCUELA POLITECNICA: Diseño de amplificadores con transistores[en línea] Consultado el 19-01-2014. Disponible en: www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ch13.pdf 13 Cristian Aguirre Ronnier Torres

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