Transcript twcz-10_uklady_polprzewodnikowe_wcz - Studia

WYKŁAD TWCZ
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
1
WYKŁAD TWCZ
Półprzewodnikowe układy w.cz.
prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Politechnika Warszawska
Instytut Systemów Elektronicznych
ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
e-mail: [email protected],
tel: (48-22) 8253709
fax: (48-22) 8252300
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
2
WYKŁAD TWCZ
Przyrządy półprzewodnikowe stosowane w zakresie
w.cz. i mikrofal
Wzmacnianie: tranzystory bipolarne – BJT
tranzystory bipolarne heterozłączowe – HBT
tranzystory unipolarne
MESFET
MOSFET
HEMT
diody tunelowe (historia)
Mieszanie i detekcja: diody z kontaktem ostrzowym (fale mm)
diody Schottky’ego (fale mm)
tranzystory bipolarne
tranzystory polowe
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
3
WYKŁAD TWCZ
Przyrządy półprzewodnikowe stosowane w zakresie
w.cz. i mikrofal cd.
Generowanie sygnałów: dioda tunelowa (historia)
dioda lawinowa (fale mm)
dioda Gunna (fale mm)
tranzystory bipolarne
tranzystory polowe
Kontrolowanie sygnałów (przestrajanie częstotiwości,
przełączniki, przesuwniki fazy, tłumiki):
dioda waraktorowa
dioda Schottky’ego
dioda PIN
tranzystor polowy FET
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
4
WYKŁAD TWCZ
Przyrządy półprzewodnikowe stosowane w zakresie
w.cz. i mikrofal cd.
Powielanie częstotliwości:
diody waraktorowe
tranzystory bipolarne
tranzystory polowe (unipolarne)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
5
WYKŁAD TWCZ
Odbiornik superheterodynowy
Sygnał pośredniej częstotliwości
p.cz. (IF)
Sygnał wielkiej częstotliwości
w.cz. (RF)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
Sygnał pasma
podstawowego
(Base Band)
6
WYKŁAD TWCZ
Konwersja wejściowego sygnału w.cz. na sygnał
p.cz. w odbiorniku superheterodynowym
Amplituda sygnału
IF
Filtr pasmowoprzepustowy
Sygnał oscylatora
lokalnego
Sygnał
o częstotliwości
pośredniej
fIF
Sygnał o częstotliwości
lustrzanej
fS
fLO
fI
f
Sygnał odbierany w.cz.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
7
WYKŁAD TWCZ
Nadajnik mikrofalowy z przemianą częstotiwości
Do anteny
Mieszacz
fp ± f0
Nadawany
sygnał
w.cz. (RF)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
8
WYKŁAD TWCZ
Realizacja funkcji układowych
Wzmacnianie sygnałów
Mieszanie sygnałów
Generacja sygnałów
Modulacja sygnałów
Detekcja sygnałów
Powielanie częstotliwości sygnałów
Regulacja i kontrola sygnałów (tłumienie amplitudy, zmiana
przesunięcia fazy, przełączanie sygnałów)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
9
WYKŁAD TWCZ
Funkcje układowe
Funkcja przenoszenia układu lub charakterystyka przyrządu:
2
3
uwy  k0  k1uwe  k2uwe
 k3uwe

Sygnał wejściowy:
uwe  U 1 cos1t
Sygnał wyjściowy:
uwy  k1U 1 cos1t
Wzmacnianie
sygnału
Sygnał na wyjściu:

U wy  k 2 U 1 cos1t

2
 k2
2
1
U
(1  cos21t )
2
Detekcja amplitudy
sygnału lub mieszanie
sygnałów
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
10
WYKŁAD TWCZ
Sygnał dwutonowy na wejściu:
uwe  U 1 cos1t  U 2 cos2t  X1  X 2
Wyraz kwadratowy
charakterystyki układu
Sygnał na wyjściu:
uwy  k0  k1 ( X1  X 2 )  k2 ( X1  X 2 ) 2  k3 ( X1  X 2 )3
Składnik kwadratowy sygnału:
X1  X 2 2  X12  2 X1 X 2  X 22
Zniekształcenia
nieliniowe
2 X 1 X 2  2 cos1t cos2t  cos1  2 t  cos1  2 t
Mieszanie sygnałów !!!
Częstotliwości – różnicowa i sumacyjna
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
11
WYKŁAD TWCZ
Detektory AM
Detektory diodowe
diody Schottky’ego
diody z kontaktem ostrzowym
diody tunelowe
Charakterystyka I(U)
I(U) = I s ( e
qU
nkT
-1)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
12
WYKŁAD TWCZ
Dioda p-n, dioda Schotky’ego – obwód zastępczy
dla wcz
Nieliniowe elementy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
13
WYKŁAD TWCZ
Charakterystyka dynamiczna diodowego
detektora AM


2
U wy  k 2 U 1 cos1t  k 2
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
2
1
U
(1  cos21t )
2
14
WYKŁAD TWCZ
PARAMETRY DETEKTORA
a) Czułość prądowa detektora:
 A   I=
=

 W  P we
i 
Przyrost składowej stałej
zwarciowego prądu wyjściowego
detektora
Moc sygnału wejściowego
w.cz.
b) WFS na wejściu detektora
c) Rezystancja wyjściowa
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
15
WYKŁAD TWCZ
Mieszacze sygnałów w.cz.
Mieszacze diodowe
Mieszacze tranzystorowe
Typ przyrządu
Mieszacze pojedyńcze
Mieszacze zrównoważone
Mieszacze podwójnie zrównoważone
Typ układu
Mieszacze jednowstęgowe (z eliminacją sygnału lustrzanego)
N
Mieszacz kwadratowy
u wy   cn (u we ) n
n 0
Mieszacz mnożący
( As coss t )( A p cos p t ) 
Zasada pracy
As A p
[cos(s   p )t  cos(s   p )t ]
2
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
16
WYKŁAD TWCZ
Właściwości mieszaczy
Mieszacz pojedyńczy: brak izolacji między wejściem sygnału w.cz.
i wejściem heterodyny oraz wyjściem p.cz., na wyjściu obecność
wszystkich sygnałów
Mieszacz zrównoważony: izolacja między wejściem sygnału w.cz.
i wejściem heterodyny, izolacja między wyjściem p.cz. i wejściem
sygnału w.cz. lub między wyjściem p.cz. i wejściem heterodyny
Mieszacz podwójnie zrównoważony: izolacja między wszystkimi
wejściami i wyjściem p.cz.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
17
WYKŁAD TWCZ
PARAMETRY MIESZACZA:
a) Straty mieszania:
P SA
[dB]
=
10
log
LC
P0
PSA - dysponowana moc źródła sygnału w.cz.,
P0 - moc czynna sygnału wyjściowego o częstotliwości pośredniej
b) Współczynnik szumów
P s1 

P 
F = P n1 
= P s1 n 2 
Ps 2 
P s 2 P n1 
Pn1  kT0 df
Pn 2  Pn1  kTo df

P
1 Pn 2
1 Pn1GT  Pni

 1  ni
GT Pn1 GT
Pn1
GT Pn1
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
18
WYKŁAD TWCZ
W definicji współczynnika szumów mieszacza:
Pn1 = kT0df to dysponowana moc szumów cieplnych generowanych
w impedancji wewnętrznej ZS generatora sygnału znajdującej się
w standardowej temperaturze odniesienia T0 = 290 K,
Pn2 = GT Pn1 + Pni = GT kT0 df + Pni to całkowita moc szumów na wyjściu
składająca się z mocy szumów cieplnych generatora sygnału
znajdującego się w standardowej temperaturze odniesienia T0
wzmocnionych GT razy przez układ oraz z mocy szumów własnych układu Pni
generowanych wewnątrz układu.
Szumy na wejściu mieszacza są szumami mieszczącymi się w paśmie df,
wokół częstotliwości fS sygnału wejściowego mieszacza,
natomiast szumy na wyjściu mieszacza są szumami mieszczącymi się
w paśmie df ulokowanym wokół częstotliwości pośredniej fo sygnału
wyjściowego mieszacza.
!!!!
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
19
WYKŁAD TWCZ
PARAMETRY MIESZACZA cd.
c) WFS na wejściu sygnałowym mieszacza
d) WFS na wejściu heterodyny
e) Impedancja wyjściowa mieszacza
f) Izolacja między wejściem sygnału w. cz. i wejściem
heterodyny
g) Izolacja między wejściem sygnału w.cz. na wyjściu p.cz.
h) Izolacja między wejściem sygnału heterodyny i wejściem
sygnału w.cz.
i) Izolacja między wejściem sygnału heterodyny i wyjściem
p.cz.
j) Zakres liniowy charakterystyki dynamicznej mieszacza
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
20
WYKŁAD TWCZ
Diodowy mieszacz pojedynczy (kwadratowy)
Sygnał p.cz.
(IF)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
21
WYKŁAD TWCZ
Tranzystorowy mieszacz pojedyńczy
(kwadratowy)
Wyjście p.cz.
Sygnał wejściowy – suma sygnału w.cz. i sygnału pompy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
22
WYKŁAD TWCZ
Obwód zastępczy tranzystora polowego dla w.cz.
Elementy nieliniowe
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
23
WYKŁAD TWCZ
Schemat blokowy diodowego mieszacza
zrównoważonego
Sygnał w.cz. (przetwarzany)
Sygnał p.cz.
Sygnał pompy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
24
WYKŁAD TWCZ
Schematy mieszaczy zrównoważonych z tranzystorami FET
(zrównioważenie dla sygnału w.cz.)
Wyjście p.cz.
f0
f0
3 dB/1800
3 dB/1800
3 dB/1800
3 dB/1800
fp
fp
fs
fs
Dwubramkowe FET
Układ Gilberta
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
25
WYKŁAD TWCZ
Schemat blokowy diodowego mieszacza podwójnie
zrównoważonego
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
26
WYKŁAD TWCZ
Schemat blokowy podwójnie zrównoważonego
mieszacza z tranzystorami FET
Wyjście p.cz.
Wejście sygnału
pompy
Wejście sygnału w.cz.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
27
WYKŁAD TWCZ
Schemat blokowy jednostopniowego wzmacniacza
tranzystorowego
Źródło sygnału
Obciążenie
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
28
WYKŁAD TWCZ
Wzmocnienie i stabilność wzmacniacza
Skuteczne wzmocnienie mocy:
1 - | S |2
1 - | L |2
2
| |
GT =
2 S 21
| 1 - we S |
| 1 - S 22 L |2
1 - | S |2
1 - | L |2
2
=
| S 21|
| 1 - S11 S |2
| 1 - wy L |2
Współczynnik odbicia na wejściu:
we = S11 +
S12 S 21  L
1 - S 22  L
Współczynnik odbicia na wyjściu:
wy = S 22 +
S 12 S 21 S
1 - S 11  S
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
29
WYKŁAD TWCZ
W obwodzie wzmacniacza możliwe są oscylacje (niestabilność),
gdy albo impedancja wejściowa, albo impedancja wyjściowa,
albo obie jednocześnie, posiadają ujemną część rzeczywistą,
co w dziedzinie współczynnika odbicia jest równoważne
nierównościom |Γwe |> 1 i/lub |Γwe|> 1
a) stabilność bezwarunkowa, gdy warunki |Γwe|< 1 oraz |Γwy| < 1
są spełnione dla dowolnych, pasywnych impedancji źródła
sygnału i impedancji obciążenia (tzn. dla dowolnych Γs i ΓL,
co do modułu mniejszych od jedności);
b) stabilność warunkowa, gdy warunki Γwe < 1 oraz Γwy < 1
mogą być spełnione tylko dla współczynników odbicia Γs i ΓL
(impedancji) źródła sygnału i obciążenia mieszczących się
w pewnych zakresach wartości. Przypadek taki nazywany
jest także potencjalną niestabilnością.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
30
WYKŁAD TWCZ
Warunki stabilności wzmacniacza:
| we |= S 11 +
S 12 S 21 L
<1
1 - S 22 L
i
| wy |= S 22 +
S 12 S 21 S
<1
1 - S 11 S
Konieczne i wystarczające warunki bezwarunkowej stabilności
wzmacniacza:
1 - | S 11|2 - | S 22 |2 +| |2
K=
>1
2 | S 12 S 21 |
oraz
|  | <1
Δ = S11S22 – S21S12
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
31
WYKŁAD TWCZ
Tylko gdy tranzystor jest przyrządem bezwarunkowo
stabilnym możliwe jest uzyskanie w układzie wzmacniacza
maksymalnego skutecznego wzmocnienia mocy GTmax.
Wzmocnienie GTmax uzyskuje się przy zrealizowaniu na wejściu
i na wyjściu tranzystora dopasowania energetycznego
(dopasowania na impedancję sprzężoną), które jest
równoważne spełnieniu jednocześnie warunków
*
=
we S
oraz
wy = L
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
*
32
WYKŁAD TWCZ
Wartość maksymalnego skutecznego wzmocnienia mocy:
2
1
|
|

2
Lmax
|
|
GTmax =
S
21
1 - | Smax |2
| 1 - S 22 Lmax |2
1
gdzie:
2
2
B1  B1 - 4 | C 1|
 Smax =
2 C1
2
2
B2  B2 - 4 | C 2 |
 Lmax =
2C2
2
2
2
B1 =1+| S 11| - | S 22| - | |
2
2
2
B2 =1+| S 22| - | S 11| - | |
C1 = S 11 -  S 22
*
C2 = S 22 -  S 11
*
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
33
WYKŁAD TWCZ
W przypadku wzmacniacza potencjalnie niestabilnego:
równania |Γwe| = 1 oraz |Γwy| = 1 określają okręgi
stabilności, które są granicami rozdzielającymi
obszary stabilności i niestabilności na płaszczyznach ΓS i ΓL.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
34
WYKŁAD TWCZ
Przykłady położenia okręgów stabilności
na płaszczyźnie ΓL obciążenia wzmacniacza
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
35
WYKŁAD TWCZ
Obwody dopasowujące wzmacniacza w postaci linii
mikropaskowych
Layout metalowych
pasów linii
mikropaskowych
Wy
We
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
36
WYKŁAD TWCZ
Zależność mocy sygnału wyjściowego
o częstotliwości podstawowej i o częstotliwości zniekształceń
intermodulacyjnych trzeciego rzędu
Punkt przecięcia trzeciego rzędu
PWY
Kompresja 1 dB
IP3
Zakres dynamiczny
bez zniekształceń
Sygnał
o częstot.
podstaw.
Zakres dynamiczny
Minimalny sygnał
detekowalny
Szumy tła
WE
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
37
WYKŁAD TWCZ
Wzmacniacz o minimalnym
współczynniku szumów
F = Fmin , gdy Γs = Γsopt ,
a na wyjściu ΓL = Γ*wy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
38
WYKŁAD TWCZ
Wzmacniacz zrównoważony
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
39
WYKŁAD TWCZ
Wzmacniacz zrównoważony:
a) wzmocnienie mocy wzmacniacza zrównoważonego jest takie samo jak
wzmocnienie wzmacniacza pojedynczego z dokładnością do strat mocy
w sprzęgaczach kierunkowych na wejściu i na wyjściu układu,
b) wzmacniacz zrównoważony ma współczynnik szumów równy współczynnikowi
szumów wzmacniacza pojedynczego z dokładnością do składnika związanego
z szumami cieplnymi stratnego sprzęgacza kierunkowego na wejściu,
c) maksymalna moc wyjściowa wzmacniacza zrównoważonego jest dwa razy
większa (minus moc tracona w sprzęgaczach kierunkowych) od maksymalnej
mocy wyjściowej wzmacniacza pojedynczego,
d) uszkodzenie jednego ze wzmacniaczy pojedynczych nie oznacza całkowitego
uszkodzenia wzmacniacza zrównoważonego; przy uszkodzeniu jednego
ze wzmacniaczy pojedynczych wzmocnienie wzmacniacza zrównoważonego
maleje o 6 dB,
e) zniekształcenia intermodulacyjne we wzmacniaczu zrównoważonym są
mniejsze w porównaniu do zniekształceń wnoszonych przez wzmacniacz
pojedynczy (przy tym samym poziomie mocy sygnału wejściowego).
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
40
WYKŁAD TWCZ
Wzmacniacz rozłożony
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
41
WYKŁAD TWCZ
2
g m Z 0g Z 0d
GT =
4
n


 sin (  d -  g ) 
2


 sin 1 ( - ) 
d g 

2


2
n - liczba tranzystorów FET, gm - transkonduktancja tranzystorów,
Z0g i Z0d - impedancje charakterystyczne linii transmisyjnych wzmacniacza,
odpowiednio, bramki i drenu oraz θg i θd - odpowiednio, przesunięcia fazy
wnoszone przez jedno ogniwo linii transmisyjnej bramki i linii transmisyjnej drenu
Gdy θg = θd
2
2
n g m Z 0g Z 0d
GT =
4
W układzie rzeczywistym: straty Rwe tranzystorów i w liniach
transmisyjnych
Nopt = 4 - 5
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
42
WYKŁAD TWCZ
Generatory sygnałów w.cz.
Analiza liniowa:
Warunek amplitudy generacji – start oscylacji
Warunek fazy generacji – częstotliwość oscylacji
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
43
WYKŁAD TWCZ
Generator jako system z dodatnim sprzężeniem
zwrotnym
Wzmocnienie systemu ze sprzężeniem zwrotnym:
G f ( s) 
U wy ( s)
U we ( s)

G( s )
1  G( s )  ( s )
Warynek generacji:
1  G( s )  ( s )  0
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
44
WYKŁAD TWCZ
Warunki generacji czwórnikowego
układu generatora
Warunek amplitudy:
G( j)  ( j)  1
Warunek fazy:
argG( j) arg ( j)  0  n 2
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
45
WYKŁAD TWCZ
Obwód generatora z dwójnikowym przyrządem
czynnym z ujemną rezystancją
Zd + Z L = 0
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
46
WYKŁAD TWCZ
Warunek generacji – w dziedzinie impedancji:
Z d ( I 0 ,0 ) + Z L ( 0 ) = 0
Warunek amplitudy:
Rd ( I 0 , 0 ) + RL (  0 ) = 0
Warunek fazy:
X d ( I 0 , 0 ) + X L (  0 ) = 0
Warunek generacji – w dziedzinie współczynnika odbicia:
d ( I 0 , 0 ) L (  0 ) = 1
Warunek amplitudy:
Warunek fazy:
| ( I 0 , 0 ) |  | L (  0 ) |= 1
arg { d ( I 0 ,0 ) } + arg { L ( 0 )}= 2 n, n = 0,1,2,...
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
47
WYKŁAD TWCZ
Obwód zastępczy generatora z wielowrotowym
przyrządem czynnym
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
48
WYKŁAD TWCZ
M = Sd(U, ω) SL(ω) - I
Warunek generacji:
Macierz M musi być macierzą osobliwą, tzn:
det (M) = 0
Warunek amplitudy:
Warunek fazy:
Re { det (M) } = 0
Im {det (M) } = 0
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
49
WYKŁAD TWCZ
Generatory o dużej stałości częstotliwości
z rezonatorami kwarcowymi, f < 100 MHz
z rezonatorami dielektrycznymi, f> 1 GHz
Generatory przestrajane
z diodami waraktorowymi (przestrajanie
wąskopasmowe)
z rezonatorami YIG (przestrajania szerokopasmowe)
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
50
WYKŁAD TWCZ
Schemat oscylatora tranzystorowego
z rezonatorem dielektrycznym
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
51
WYKŁAD TWCZ
Obwód zastępczy diody waraktorowej
C j=
C j0


U 
1 + 
 U0 
Γ = 0,5 – 1,5
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
52
WYKŁAD TWCZ
Generator Clappa przestrajany diodą waraktorową
Waraktor
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
53
WYKŁAD TWCZ
Dodatnie sprzężene zwrotne stosowane
w oscylatorach w.cz.
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
54
WYKŁAD TWCZ
Kulka YIG jako przestrajany rezonator w.cz.
Obwód zastępczy
Konstrukcja układu
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
55
WYKŁAD TWCZ
Uproszczony schemat generatora przestrajanego
rezonatorem YIG
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
56
WYKŁAD TWCZ
Przełączniki sygnałów w.cz.
• Z diodami PIN
• Z tranzystorami FET
• Typy: SPST - 1WE1WY
SPDT – 1WE2WY
SPMT - 1WEkWY
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
57
WYKŁAD TWCZ
Parametry przełączników
a) Straty wnoszone – w stanie włączenia i w stanie wyłączenia
IL [dB] =  10 log
PL
 - 20 log 2U L
PSA
E
b) Dopasowanie na wejściu
c) Dopasowanie na wyjściu
d) Częstotliwościowy zakres pracy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
58
WYKŁAD TWCZ
Obwód zastępczy diody PIN
a) stan rozwarcia b) stan zwarcia
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
59
WYKŁAD TWCZ
Tranzystor FET jako element przełączający
Stan zwarcia
Stan rozwarcia
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
60
WYKŁAD TWCZ
Uproszczony obwód zastępczy przełącznika
sygnału w.cz. 1WE1WY (SPST)
Przełącznik szeregowy
IL [dB] = - 20 log
2 Z0
2 Z0 + Z d
Przełącznik równoległy
IL [dB] = - 20 log
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
2Zd
2 Z d + Z0
61
WYKŁAD TWCZ
Uproszczony obwód zastępczy przełącznika
sygnału w.cz. 1WE2WY (SPDT)
Szeregowe
włączenie elementów
kontrolujących
λ
Równoległe
włączenie elementów
kontrolujących
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
62
WYKŁAD TWCZ
Przesuwniki fazy
Przesuwniki fazy analogowe
Przesuwniki fazy cyfrowe
1-no bitowy (dwustanowy 00, 1800)
2-wu bitowy (czterostanowy 00, 900, 1800, 2700)
3-ro bitowy (ośmiostanowy 00, 450, 900, 1350, 1800,
2250, 2700, 3150)
4-ro bitowy
5-cio bitowy
6-cio bitowy
Dopasowanie na wejściu i na wyjściu
Częstotliwościowe pasmo pracy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
63
WYKŁAD TWCZ
Przesuwniki fazy, wersje układowe:
1)z przełączanymi liniami transmisyjnymi
2) z linią transmisyjną obciążoną
3) odbiciowe
4) z przełączanymi filtrami
5) typu wzmacniacz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
64
WYKŁAD TWCZ
Jednobitowy przesuwnik fazy
z przełączanymi liniami
Przesunięcie fazy:
 =  ( l 2 - l1 ) =
2f
vp
Opóźnienie czasowe:
( l 2 - l1 )
l 2 - l1
d=
vp
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
65
WYKŁAD TWCZ
Czterobitowy przesuwnik fazy
z przełączanymi liniami
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
66
WYKŁAD TWCZ
Przesuwnik fazy z linią transmisyjną obciążoną
Z jednym elementem
reaktancyjnym
Z dwoma elementami
reaktancyjnymi
Współczynnik odbicia:
1 - ( 1+ jb)
- jb
=
=
1+ ( 1+ jb) 2 + jb
Współczynnik transmisji:
T = 1+  =
2
2 + jb
Przesunięcie fazy:
b
 = arc tg
2
b = B/Y0 unormowanej susceptancji
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
67
WYKŁAD TWCZ
Odbiciowy przesuwnik fazy
1 = | 1 | e
j 1
2 =| 2 | e
j 2
 = 1 -  2
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
68
WYKŁAD TWCZ
Odbiciowe przesuwniki fazy
Z cyrkulatorem
Z rozgałęzieniem hybrydowym
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
69
WYKŁAD TWCZ
Przesuwnik fazy z przełączanymi
filtrami
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
70
WYKŁAD TWCZ
Regulowane tłumiki sygnałów w.cz.
Typ T
Typ π
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
71
WYKŁAD TWCZ
Tłumik typu T:
1 k
R1  Z 0
1 k
R2  Z 0
2k
1 k 2
Tłumik typu π:
Z0 k 2 1
R1 
2 k
k = U2/U1
k 1
R2  Z 0
k 1
Wartości rezystancji
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
72
WYKŁAD TWCZ
MMUS- mikrofalowy monolityczny układ scalony
1,5 mm
1 mm
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
73