Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel 1 Página Atualização Revisado Nota: 1/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים 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) Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel Página Atualização Revisado Nota: 2/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים 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 Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel Página Atualização Revisado Nota: 3/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 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. תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel Página Atualização Revisado Nota: 4/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 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. תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel Página Atualização Revisado Nota: 5/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 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. תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים Laboratório LabRF 2 Aluno Alberto J. Gutiérrez Versão LabRF v1 Orientador Fernando Rangel Página Atualização Revisado Nota: 6/6 2 de Maio de 2014 07/04/2014 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 תמיד לשירותך,הקב"ה ברא את כל הדברים
