Circuitos Ativos em Micro-Ondas

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Luiz Beretta Taveira
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1 Circuitos Ativos em Micro-Ondas Unidade 3 Prof. Marcos V. T. Heckler 1

2 Conteúdo Introdução Classes de operação de amplificadores Topologias clássicas para polarização de transistores Considerações sobre estabilidade de amplificadores Círculos de ganho, figura de ruído e VSWR na carta de Smith Procedimento de projeto para amplificadores em micro-ondas 2

3 Introdução O projeto de amplificadores operando em micro-ondas se diferencia do procedimento para baixas frequências em função dos seguintes aspectos: Os sinais de entrada e saída devem ser considerados como ondas de tensão e corrente Como consequência, o casamento de impedâncias na entrada e saída devem ser considerados Valores de impedância de entrada e saída são mais críticos para operação estável do amplificador 3

4 Fonte do sinal Carga Introdução Topologia genérica de um amplificador em micro-ondas: s L Casador de impedância de entrada Componente ativo (Transistor) Casador de impedância de saída in out Circuito de polarização 4

5 Introdução O projeto de amplificadores em micro-ondas tem como principais especificações os seguintes aspectos: Ganho Faixa de operação Potência de saída Tensão e corrente de alimentação DC Coeficientes de reflexão na entrada e saída Figura de ruído 5

6 Introdução O projeto completo de amplificadores em micro-ondas passa pelas seguintes etapas: Polarização do transistor Análise das condições de estabilidade do dispositivo Escolha das impedâncias de entrada e saída, de acordo com as especificações de ganho e/ou figura de ruído Projeto dos casadores de impedância. 6

7 Classes de Operação de Amplificadores Classes típicas de operação: Classe A: Amplificadores com ângulo de condução de 360º. Ou seja, não há distorção teórica da forma de onda na saída. Classe AB: Amplificadores com ângulo de condução entre 180º e 360º. Apresentam menor distorção que os amplificadores classe B e maior eficiência que os classe A. 7

8 Classes de Operação de Amplificadores Classes típicas de operação: Classe B: Amplificadores com ângulo de condução de 180º. É utilizado tipicamente em aplicações necessitando alta potência de saída. Classe C: Amplificadores com ângulo de condução inferior a 180º. Apresentam elevada distorção, porém também elevada eficiência. 8

9 Topologias Clássicas para Polarização de Transistores Topologias clássicas para polarização de transistores bipolares: V cc V cc R 1 C B R 4 C B R 2 RFC R 2 RFC RFC RF out R 3 RFC RF out C B RF in R 1 C B RF in 9

10 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Dados os parâmetros S do transistor BFG505W sob determinada condição de polarização, determinar as regiões de estabilidade para 500 MHz e 1250 MHz. Além disso, calcular se o transistor é incondicionalmente instável. f (MHz) S 11 S 12 S 21 S ,70-57º 0,04 47º 10,5 136º 0,79-33º ,38-115º 0,06 14º 6,0 104º 0,50-52º 10

11 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Círculos de estabilidade: Círculo de entrada Círculo de saída Região de operação estável 11

12 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Considerando-se o transistor BFG505W operando em 750 MHz, calcular os valores de resistência e condutância necessários para estabilização do transistor. f (MHz) S 11 S 12 S 21 S ,56-78º 0,05 33º 8,6 122º 0,66-42º 12

13 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Resistência série a ser acoplada na saída: Círculo de entrada Círculo de saída Valor de resistência série a ser acoplada na saída 0,8 r out = 0,8 R out = 40 Ω 13

14 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Resistência série a ser acoplada na entrada: Círculo de entrada Círculo de saída Valor de resistência série a ser acoplada na entrada 0,33 r in = 0,33 R in = 16,5 Ω 14

15 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Condutância paralela a ser acoplada na saída: Círculo de entrada Círculo de saída Valor de condutância paralela a ser acoplada na saída 0,31 g out = 0,31 G out = 6,2 ms 15

16 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Condutância paralela a ser acoplada na entrada: Círculo de entrada Círculo de saída Valor de condutância paralela a ser acoplada na saída 2,8 g in = 2,8 G in = 56 ms 16

17 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Um transistor operando em 5,8 GHz apresenta a matriz S dada abaixo. a) Determinar se o transistor é incondicionalmente estável b) Encontrar o máximo ganho possível c) Determinar o coeficiente de reflexão da carga de forma a obter-se ganho G TU = 18 db. f (MHz) S 11 S 12 S 21 S ,5-60º 0,02 0º 6,5 115º 0,6-35º 17

18 Estabilidade de Amplificadores em Micro-Ondas Exemplo: Círculo de ganho constante: Círculo para g L = 0,72 z L = 1 + j0,36 18

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