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Prelab
1. Estime HD2 , HD3 , IIP2 e IIP3 para o amplificador projetado na questão anterior. (considere como variável de saı́da a tensão na carga)
2. Compute a figura de ruı́do total e o IIP2 de 2 blocos em cascata, com as
seguintes especificações:
• G1 = 20 dB, NF1 =2 dB, IIP2-1 =20 dBm
• G2 =10 dB, NF2 =6 dB, IIP2-2 = 40 dBm
1.1
Cálculos Preliminares
Cálculos do Item 1
Usando o amplificador com resistor de degeneração de emissor, colocando uma amplitude se sinal igual a VS =1 mVpp, Thermal Voltage (VT )=25.69mV @ 25 o C. e
uma corrente IC =15 mA observamos que:
1
VS
α2
VS =
2α1
2 2 VT (1 + gm RE )2
2
gm RE
α3 3
1
VS
1
1
−
HD3 =
V =
4α1 S 4 (1 + gm )3 2 VT2 3 1 + gm RE
HD2 =
IP2 h = 4 VT (1 + gm RE )2 = 401.7
√
IP3 h = 2 6VT (1 + gm RE )2
r
(1)
(2)
(3)
1
= 44.3
1 − 2gm RE
(4) Falta verificar a
equação.
Para verificar o efeito da realimentação, foi calculado o amplificador emissor comum
sem resistor de emissor. Obtendo como resultado as seguintes expressões:
HD2 =
α2
1VS
VS =
= 9, 73 × 10−3 = 2.505 × 10−6
2α1
4 VT
(5)
2
1 VS
α3 3
VS =
= 1.62 × 10−6 = −5.08 × 10−12
HD3 =
4α1
24 VT
(6)
IP2 h = 4 VT = 0.102
(7)
√
IP3 h = 2 6 VT = 0.125
(8)
Cálculos do Item 2 Sabemos que NFdB =10 log(F)
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Baseando-se na eq. (10) para obter a figura de ruido de dois estágios amplificadores
em cascata, foi encontrado que o valor é comparável com a figura de ruido do primeiro
estagio:
6 dB
2 dB
10 10 − 1
F2 − 1
= 10 10 +
= 1.61470
F = F1 +
20 dB
G1
10 10
N Ftotal = 2.0809 dB
(9)
(10)
Podemos calcular o IP2h de dois estágios amplificadores, de acordo com a referência
[1] da seguente forma:
IP2 dBm
2
1
1
α1
=
+
IP2
IP2AM P A
IP2AM P B
1
= 10 + 10
IP2
1
= 10 log
= 16.98 dBm
20 · 1 mW
(11)
(12)
(13)
Desenvolvimento
No primeiro item, foi preparado o seguinte circuito no simulador ADS como é ilustrado na Fig. 1.
Figura 1: Simulação Harmonic Balance do Transistor BJT, com polarização fixa sem estabilizar betha
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Figura 2: Gráfico mostrando o sinal de entrada, a segunda componente harmónica e a terceira componente
harmónica
Da Fig. 2 consegue-se observar um afastamento dos pontos de interseção dos valores
antes calculados, isto poder ser pela temperatura de simulação, que pode estar em
torno de 27 o C, fazendo com que os pontos estejam afastados dos valores calculados
para 25 o C.
Figura 3: Diagrama esquemático para simular o ruido de dois estágios amplificadores em cascata
Na Fig. 3, se observam dois amplificadores em cascata, usando os amplificadores
ideais da biblioteca System-Amps & Mixers. Fazendo uma simulação de parâmetros
S, deve ser habilitanda a funcionalidade para fazer o analise NOISE, uma vez habilitados os valores de figura de ruido, dentro de cada um dos blocos amplificadores.
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Figura 4: Curva que representa a Figura de Ruido de dois estágios amplificadores em cascata
O valor obtido na simulação, como é apresentado na Fig. 4, além de demonstrar
o valor teórico obtido, mostra que efetivamente o ruido em estágios em cascata
principalmente se deve ao primeiro amplificador.
Figura 5: Circuito para fazer o analise Harmonic Balance de dos estágios amplificadores no simulador ADS
Fazendo algumas modificações do diagrama, para obter os componentes de distorção
harmônica, como mostra a Fig. 5, apresenta como resultado o gráfico da Fig. 6.
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Figura 6: Gráfico mostrando o sinal de entrada, o segundo componente harmônico em dos estágios amplificadores
em cascata
A Fig. 6 teve um desvio do valor esperado de ums 200 mV, ja que conforme foi
calculado se esperava que o IP2 , estive-se perto de 500 mV e não de 700 mV.
Conclusão
Foi mostrado que o amplificador emissor comum com polarização fixa tem uma linearidade baixa. Existem poucos fatores que afetam os cálculos dos pontos de interseção,
uma vez que são função da temperatura, então a variação do valor, depende unicamente da temperatura definida na simulação Ao mesmo tempo, analisando estágios
em cascata, comprova-se que, o ruido se deve ao primeiro amplificador, repercutem
de forma não significativa os estágios amplificadores seguintes. O valor esperado do
IP2 ficou um pouco deslocado do valor calculado teoricamente, más a diferença do
primeiro exemplo, este valor não e função da temperatura, pode então ser influenciado pelos nı́veis de amplitude da sinal de entrada.
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Referências
[1] P. A. M. Niknejad, Ed., Lecture 9: Intercept Point, Gain Compression and
Blocking, vol. 9, University of California, Berkeley, 2005. [Online]. Available:
http://rfic.eecs.berkeley.edu/∼niknejad/ee142 fa05lects/pdf/lect9.pdf
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