amplificador con transistores de efecto de campo a frecuencia de 6

7/25/2019 Amplificador Con Transistores de Efecto de Campo a Frecuencia de 6

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Universidad Tcnica Particular de Loja

AMPLIFICADOR CON TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO AFRECUENCIA DE 6.6 MHz

Cristian Paul Saavedra

Profesional en Formacin

Universidad Tcnica Particular de LojaEscuela de Electrnica y Telecomunicaciones

Loja - Ecuador

[email protected]

1. INTRODUCCIN

Un amplicador es un dispositivo activo que tiene la capacidad para amplicarde corriente tensin o tanto a frecuencia cero !un amplicador de "C# las $a%asfrecuencias !un amplicador de audio#o a altas frecuencias !un amplicador de &F#.'eniendo en cuenta que la potencia es P ( )*.

+a, una variedad de conuraciones de circuito para permitir un amplicadorpara conseuir diferentes respuestas en frecuencia impedancia de entrada , salidalas anancias , los cam$ios de fase. )ario circuitos de polariacin se puedenadoptar para producir la amplicacin con una eciencia diferente , t/rmica nivelesde esta$ilidad mientras que los m/todos especiales de redes de adaptacin , elacoplamiento se pueden aplicar para que coincida con impedancias , ltrar lasfrecuencias no deseadas.

as caractersticas m2s desea$les en el dise3o de un amplicador como un altoP1d4 $a%o nivel de ruido la m25ima eciencia alta anancia , la p/rdida deretorno $ueno con frecuencia puede ser en oposicin entre s de$ido a la vida reallimitaciones internas transistor de dise3o. 617

2. MARCO TERICO

2.1. Amplifcad!"#

8eclador de &Fson dispositivos de 9 puertos activos o pasivos. Son dise3adospara producir tanto una suma , una diferencia de frecuencia en un :nico puerto de

salida cuando dos frecuencias de entrada distintos se insertan en los otros dos

puertos.

;ste proceso llamado de conversin de frecuencia !o heterodino# se encuentra

en la ma,ora de las comunicaciones , se utilia de modo que se puede aumentar o

disminuir la frecuencia de una se3al. Una de las dos frecuencias de entrada ser2

normalmente una onda C# mientras que la otra entrada ser2 la se3al de radiofrecuencia reci$ida de la

antena.

Una ve m2s el proceso de conversin de frecuencia dentro de la etapa

mecladora no lineal produce la frecuencia intermedia por la heterodinacin de

1 Continuos =scilador ocal


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entrada de se3al de &F o pulsacin con propios = internos del receptor. ;ste

circuito meclador heterodino consistir2 ,a sea de un diodo 4?' F;' o que es

saturado o parcial a e%ecutar dentro de la ona lineal de su funcionamiento. Sin

em$aro la pulsacin &F del meclador , las se3ales de entrada = produce no slo

la &F "C , las frecuencias suma , diferencia de estas dos se3ales primarias pero

tam$i/n muchas frecuencias espurias en el puerto de salida del meclador. ama,ora de estas frecuencias no deseadas se ltran dentro de las etapas de F* del

receptor lo que resulta que en la frecuencia de la nueva se3al deseada que

consiste en la conversin de la portadora , las $andas laterales. ;sta nueva

frecuencia menor diferencia lueo se amplica , se ltr a:n m2s a medida que

pasa a trav/s de la $anda de sintoniado %o de la F*. !9#

2.1.1. ME$CLADORES PASI%OS

8ecladores pasivos permiten una amplitud mucho ma,or &F de entrada

de nivel de se3al que los mecladores activos antes de los productos de

distorsin rave en la salida de *F se vuelve inacepta$le. ;stos productos de

distorsin son en la forma de distorsin de intermodulacin !*8"# %unto con ladistorsin de compresin. as *8" pueden caer en $anda o causar otras

se3ales caia en $anda posi$lemente solapamiento o creando interferencias

en la se3al de $anda $ase. ;sto hace que el ruido adicional el cual deradar2

el rendimiento del sistema , 4;&.os 8ecladores m2s pasivos tam$i/n poseen una ura de ruido menor

que los mecladores activos lo cual es mu, importante para cualquier etapa

dentro del e5tremo frontal de un receptor de $a%o ruido. Pero en luar de una

anancia de insercin como muchos mecladores activos podr2n disfrutar

que los mecladores pasivos ,a que tendr2n una p/rdida de insercin de

alrededor de d4.

as p/rdidas de conversin del meclador pasivo son causadas por laresistencia interna del diodo de meclas los desa%ustes de impedancia del

puerto la eneracin de productos de sonido , el inevita$le 9 d4 que se

desperdicia en la suma o diferencia de frecuencia no deseado. !;sta suma o la

diferencia de frecuencia son eliminados por el ltrado#. !9#

2.1.2. PAR&METROS CARACTER'STICOS DE LOS ME$CLADORES

C()"!#i*( +a(a(cia,P-!dida#. a conversin de anancia o p/rdidade la mecladora &F es dependiente del tipo del meclador !activo o

pasivo# es dependiente de la cara de la entrada de &F del circuito tal

como la impedancia de salida en el puerto de *F , tam$i/n es

dependiente por el nivel de la =. a conversin de anancia o p/rdida es

la proporcin de la deseada salida de *F !tensin o corriente# al valor de

se3al &F de entrada !tensin o corriente#. Si la impedancia de entrada , la

impedancia de cara del meclador son am$as iuales a la impedancia de

la fuente entonces la anancia de conversin de volta%e , la anancia de

conversin de enera de del meclador ser2 el mismo en d4As. a

anancia de conversin tpica de un meclador activo es de

apro5imadamente 10 d4 cuando la p/rdida de conversin de un

meclador de diodo tpico es de apro5imadamente -B d4. !#

a conversin de anancia o p/rdida del meclador de &F medido en d4 es

iual aD


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LdB=10log10(PRFavail

PI ) !E#"ndeD

PRFavail= ;s la potencia de entrada de &F disponi$le.

PI= Potencia de salida de *F.

Fi/0!a d" R0id.- a ura de ruido es una medida del ruidoa3adido por el propio meclador el ruido que se convierte a la salida

S*. Para un meclador pasivo que no tiene anancia , la p/rdida de

solamente la ura de ruido es casi iual a la p/rdida de insercin. ;n

un meclador el ruido se replica , se traduce por cada armnico de =

que se conoce como ruido plea$le. !>#

;n un meclador pasivo al utiliar un diodo Schott, el cual es un

enerador de ruido en modo conductivo este enera un espectro de

frecuencia continua posi$lemente arri$a de los G+. +a, una relacin

matem2tica entre el espectro de potencia de ruido emitido por el diodo , la

corriente promedio del diodo el que enera el ruido. Si la impedancia de la

fuente de ruido est2 esta$lecida !tpicamente E0H# la potencia de ruido

disponi$le puede ser calculada acorde aD !B#

IR=2ex Isx f

"ndeDe= 1.6x10

19Coulombs

Is= Corriente de saturacin del "iodo

f= Incho de $anda efectiva de ruido.


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Fi/. 1 Fi/0!a d" R0id C()"!#i*( d" +a(a(cia )#. P"(cia d"l LO pa!a 0( didD3M 465

Cmp!"#i*(.Para los peque3os niveles de se3al de entrada cadaaumento en d4 en el nivel de la se3al resultante es un aumento d4 en

el nivel de se3al de salida. I medida que el nivel de la se3al de entrada

contin:a aumentando las p/rdidas de conversin del meclador

nalmente comenar2 a aumentar. ;l punto de compresin de 1 d4 esel nivel de se3al de entrada en el que la p/rdida de conversin ha

aumentado en 1 d4. os 8ecladores de$e ser utiliados Jrespaldado-

oKJ desde el punto de compresin de 1 d4 como en adicin a la

distorsin de la se3al deseada la operacin en o cerca de ella dara

luar a un aumento sinicativo en los niveles de las salidas espurias.

!#

P0( d" I("!c"pci*( d" T"!c"! O!d"(. ;sta es una ura dem/rito para dar una indicacin de la capacidad del meclador de se3al

de manipulacin. ;n particular proporciona una indicacin de los

niveles de productos de tercer orden de un meclador es pro$a$le queproduca $a%o e5citacin multi-tono. Se mide por la aplicacin de dos

tonos de entrada estrechamente espaciados en frecuencias F1, F>. os

productos de tercer orden de la mecla de estos tonos con el = !a

frecuencias F=# ocurre en frecuencias iuales aD (2F1 F2 ) FLO ,

(2F2 F1 ) FLO . ;n el caso de un meclador de conversin hacia

a$a%o los productos de ma,or inter/s sonD (2F1F2 )FLO ,

(2F2F1 )FLO . a medida que caen en o cerca de la $anda *F. a


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ura > representa el espectro de salida de *F de un meclador de

conversin hacia a$a%o en virtud de dos tonos e5citacin. !#

TOIout=PIF+ L

2

Fi/. 2 E#p"c! IF pa!a la m"dida d"l P0( d" I("!c"pci*( d" 0( M"zclad! d"T"!c"! O!d"( 45

Li("alidad.a linealidad de un meclador se reere a su capacidadde mane%o de se3al de nivel. Is un meclador con alta linealidad

tendr2 un '=* alta. !# E#p0!ia#.I$reviatura del producto de espurias. ;l t/rmino se utilia

para descri$ir cualquier mecla de productos no deseados. !# M"zclad! S07A!m*(ic.;ste es un circuito meclador dise3ado

para aceptar una entrada = a una fraccin !a menudo un medio# de la

frecuencia deseada de la mecla de =. !#

M"zclad! A!m*(ic.;sto es slo otro t/rmino para el su$-armnicomeclador pero es m2s com:nmente utiliado para los circuitos queemplean m:ltiplos m2s altos de la entrada = , para producir las

meclas en el =. !# 3m7a.Un t/rmino usado a veces para descri$ir la unidad de =. a

entrada = se dice que est2 J$om$eandoJ al meclador. !# F!"c0"(cia d" Ima/"(. Para la in,eccin de la $anda superior

F

(LO>FRF)

esto es

F

(LO+FIF)

, para la $anda inferior es

F(LO


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meclador resultante puede tener un rendimiento de intermodulacin

severamente deradados. 'am$i/n la impedancia de la imaen e5acta

se la encuentra normalmente empricamente. !#

2.2. ME$CLADORES DE DIODOS

os dise3os m2s modernos de mecladores de "iodos los cuales utilian

diodos Schott,. a ran principal de esto es que el diodo Schott, es un

dispositivo portador ma,oritario que sinica que tiene una velocidad de

conmutacin m2s alta que los diodos de unin p-n. ;n diodos de paquetes

pl2sticos son caros , est2n ahora disponi$les los cuales son adecuados para el

dise3o de mecladores de hasta alrededor de 19 G+.

a F2$rica normalmente especica la aplicacin prevista de un diodo

particular , la seleccin de un diodo adecuado es un paso fundamental en el

dise3o de diodo meclador. 'am$i/n es com:n para los fa$ricantes para referirse

a los diodos como $arrera de $a%a media o alta. Cuanto ma,or sea la altura de la

$arrera la ma,or es la tensin requerida para irar hacia delante el diodo. a

denicin e5acta de lo que constitu,e una $arrera $a%a media o alta est2 a$ierto

a la interpretacin del fa$ricante. Sin em$aro en t/rminos enerales para una

corriente directa de 1mI los diodos de $arrera $a%os requieren una tensin

directa de alrededor de 0> - 09 ) medio 0 - 0E ) , alta 0B - 0 ). Cuanto

ma,or sea la $arrera ma,or es la unidad de = que se requiere para o$tener

$a%as p/rdidas de mecla pero el meclador resultante de$e tener una ma,or

linealidad. !#

2.2.1. ME$CLADOR DE DIODO SIN+LEENDED

Una ran limitacin de los mecladores desequili$radas en eneral es una

radiacin e5cesiva = desde los puertos de &F limitados :nicamente por

cualquier ltrado de &F posi$les. =tro pro$lema es el primer paso de ca$les de

&F en la *F con el m2s fuerte pero por lo eneral m2s distante pasante =

ser m2s f2cilmente ltrados de la *F. "e hecho podramos a3adir ltrado

adicional a todos los puertos del meclador pero esto aumentara

considera$lemente el costo , la comple%idad que es e5actamente lo que

estamos tratando de evitar con el uso de un solo meclador de esta

composicin. !9#

Fi/. : U( ci!c0i P!;cic d" 0( M"zclad! d" Did Si(/l"E(d"d 4:5

:. DISE


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a# Seleccionar un diodo apropiado para las frecuencias de inter/s. ;sta ser2

normalmente uno de silicio de $a%a $arrera Schott, de tipo para el uso

de &F.$# "ise3o , CE para la resonancia en serie a la frecuencia *F , con una

alta a ran de C para una $anda de paso estrecha.c# "ise3ar E , CB de resonancia en paralelo a la frecuencia *F , con un C

ma,or a relacin de para una $anda de paso estrecha.d# "ise3o de un paso $a%o de E0-L &F filtro para atenuar el alto nivel de

radiacin de = la mecladora &F puerto !para disminuir esta radiacin =

a:n m2s#

:.1. FILTRO PASA = 3A>AS PARA ATENUACIN DE LA RADIACIN DELLO DESDE LA ENTRADA RF

Primeramente para mi Filtro Pasa 4a%as de$e est2 caracteriado de la

siuiente maneraD

p =rden del FiltroD mo=rden de 4utterMorth

p Frecuencia de CorteD 2.8GHz

p Filtro Pasa 4a%as en transformacin P*

Fi/. 'a$la de Coecientes para un Filtro Pasa-4a%as de 4utterMorth

Ihora encontramos los valores de C , 617D

C= g

2 fco L=

go

2fc


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os valores son los siuientesD

C1= g1

2fco=0.506!F

L1=g2o2 fc=3.544 "H

C2= g3

2fco=2.048!F

L2=g 4o2fc

=5.684 "H

C3= g5

2 fco=2.048!F

L3=g6o2fc

=3.544"H

C4= g7

2fco=0.506!F

Fi/. ? Filtro Pasa 4a%as de mo. =rden con Par2metros Concentrados.

:.2. RESONANCIA EN SERIE CON UN L MA@OR UE C

IF=600#Hz

f= 1

2 $LC

L= 1

4 2

f2

C%C=22!F

L= 1

312669067.4=3.2"H


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Fi/. 6 R"#(ad! a la F!"c0"(cia I("!m"dia d" 6BBMHz

:.:. RESONANCIA EN SERIE CON UN C MA@OR UE L

IF=600#Hz

f= 1

2 $LC

C= 1

4 2

f2

C% L=30"H

C= 14.26367 $10

11=2.3!F

Fi/. R"#(ad! "( Pa!al"l f9ad a 6BB MHz d" la F!"c0"(cia I("!m"dia

:.:.1. +R&FICAS O3TENIDAS DEL ME$CLADOR SIN+LE ENDED


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Fi/. Ci!c0i d" 0( M"zclad! Si(/l" E(d"d c( Did PIN c( IF 6BB MHz

Fi/. G +a(a(cia d"#d" PORT1 PORT:

Fi/. 1B Dia/!ama d" Smi8 Fi/0!a d" R0id


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Fi/. 11 Dia/!ama d" Smi8 pa!a 7"("! la Fi/0!a " R0id d"l PORT2 al PORT:

. CONCLUSIONES

os mecladores de tipo pasivo tienden a dar una me%or respuesta , tener

una anancia alta pero en la realidad estos tipos de mecladores poseen

$a%a anancia , p/rdidas por los elementos concentrados. os 8ecladores Sinle-;nded los cuales utilian un solo "iodo poseen mu,

poco delidad ,a que el ruido aparte de que adiciona en la entrada de &F

tam$i/n se a3ade el ruido que proviene de = en la simulacin se tiene un

8eclador ideal pero en la realidad no e5iste un meclador ideal. a utiliacin de un "iodo o al eleir uno es conveniente tener en cuenta su

frecuencia de tra$a%o a que temperatura tra$a%a el volta%e mnimo para que

funcione.

;n la simulacin en la +erramienta 8icroMave =Nce se utili un "iodo P*Oel cual me permite una respuesta inmediata pero las suerencias de dise3o

de este tipo de 8ecladores se de$e utiliar un "iodo Schott, con $a%a

$arrera , $a%a ura de ruido. Con las caractersticas principales de los 8ecladores que hemos utiliado

podemos concluir que al simular se ha podido compro$ar alunos de esos

par2metros tales como la Fiura de ruido su linealidad con la forma de la

mecla de las dos se3ales. Una me%or forma de o$tener una ran a$ilidad de estos tipos de

8ecladores es utiliar microcintas ,a que este tipo de elemento no nos

enera muchas p/rdidas.

?. 3I3LIO+RAF'A

1. Sa!" C"! .Implier "esined. Wireless Design. Seunda ;dicin. OeMor D 8c GraM +ill >001

>. R#0 I0lia(.6;n lnea7 6Citado elD 1 de 11 de >01>.7 httpDQQMMM.qsl.netQva9iulQ&FR>08i5ersQ&F8i5ers.pdf.

9. Sa!" C"! .8i5er "esined. Wireless Design. Seunda ;dicin. OeM or D8c GraM

+ill >001.

. D")li( Liam.6;n lnea7 6Citado elD 1 de 01 de >019.7httpDQQMMM.qsl.netQva9iulQ&FR>08i5ersQ&F8i5ers.pdf.

E. 3a8l I(d"! 38a!ia P!aa#8.8i5ers. Microwave olid tate !ircuit Design.Canada D


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