Penguat Frekuensi Tinggi

1

PENGUAT FREKUENSI TINGGI dengan parameter

S

2

Agenda:

• Model penguat• Definisi parameter s dan konversi dari parameter y, z, h ke

parameter s• Definisi faktor-faktor penguatan• Kemantapan penguat RF • Lingkaran/daerah kemantapan penguat pada Smith Cart• Perancangan Penguat dengan Gain Maksimum• Perancangan Penguat dengan Operating Power Gain

Ditentukan• Perancangan Penguat dengan Available Power Gain

Ditentukan• Perancangan Penguat dengan VSWR Ditentukan• Perancangan Penguat dengan Noise Figure Ditentukan

3

MODEL SISTEM (LINIER)

KUTUB-4:PENGUATFILTERFREK KONVERTERRECEIVER

4

Penguat frekuensi tinggi SATU TAHAP dapat dimodelkan sebagai berikut :

Komponen Aktif

EgZg IMC

inIMCout

Transistor ZL

Sumber sinyal/tahap sebelumnya

beban/tahapberikutnya

Impedance MatchingCircuit input/output

Tampak bahwa sistem dapat dipandang sebagai hubungan kaskade dari kutub-4, sehingga pada umumnya metoda analisis yang dapat digunakan untuk mempelajari perilaku suatu penguat adalah dengan menggunakan parameter satu kutub empat.

V2V1 Kutub 4

I1 I2 Parameter Kutub 4 :1. Parameter Z, Y, H, ABCD

(frekuensi rendah) 2. Parameter S (frekuensi rendah

sampai tinggi)

5

2

1

2221

1211

2

1

V .

hh

hh

V iiParameter H Parameter ABCD

2

2

1

1

i-

V .

DC

BA

i

V

Parameter-parameter tersebut diatas mudah diukur pada frekuensi rendah, karena pengukurannya membutuhkan BEBAN HUBUNG SINGKAT dan/atau BEBAN TERBUKA, yang mudah diperoleh pada frekuensi RENDAH.

Pada frekuensi tinggi, parameter Z(impedansi), H(hybrid), Y(admitansi) atau ABCD sangat sulit (tidak mungkin) DIUKUR, karena :

1. Penggunaan beban terbuka/tertutup (hubung singkat) dapat menyebabkan komponen aktif yang digunakan tidak stabil (OSILASI)

2. Pada frekuensi tinggi sulit memperoleh beban TERBUKA/TERTUTUP dengan range bidang frekuensi yang lebar (wilayah operasi frekuensi yang lebar)

Parameter Z

2

1

2221

1211

2

1

i

i .

ZZ

ZZ

V

VParameter Y

2

1

2221

1211

2

1

V

V .

YY

YY

ii

6

Maka digunakan Parameter S (Scattering Parameter):

datang gelombang Zoi

Vi ia

pantul gelombang Zoi

-Vi ib

Gambar ai dan bi

Signal flow graph

Dimana: i = 1(port 1) atau 2 (port 2)

7

2

1

2221

1211

2

1

aa

. SS

SS

b

b

a

b

0a1

1

2

i11 SS

→ koefisien refleksi masukan dengan keluaran

K-4 ditutup beban sesuai (match)

a

b

0a1

2

2

f21SS

→ koefisien transmisi maju dengan keluaran

K-4 ditutup beban sesuai

a

b

0a2

2

1

o22 SS

→ koefisien refleksi keluaran dengan masukan


a

b

0a2

1

1

r12 SS

→ koefisien transmisi balik dengan masukan


Zo2Zo1

b1

"Parameter S"

a1 a2

b2

V2V1

8

Hubungan parameter s dan parameter y

9

Hubungan parameter s dan parameter z

10

Hubungan parameter s dan parameter h

11

Denormalisasi parameter h, y dan z

12

APROXIMATE CONVERSION FORMULAS (parameter hybrid, dari Common base/collector ke common emitor)

Common emitter

Common base Common collector

hie hic

hre 1 - hrc

hfe (1 – hfc)

hoe hoc

fb

ib

h

h

1

rb

fb

ibob hh

hh 1

fb

fb

h

h

1

fb

ob

h

h

1

13

FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF

LOUTINS

a1

b1Es

Zg IMCin

ZLIMCout

a2

b2

PAVS PIN PAVN PL

Faktor Penguatan :

1. Transducer Power Gain (GT)

sinyalsumber pada tersediayang Daya

beban kediberikan yang Daya

P

P G

AVS

LT

2. Operating Power Gain (GP)

r transistokediberikan yang Daya

beban kediberikan yang Daya

P

P G

IN

LP

3. Available Power Gain (GA)

sinyalsumber pada tersediayang Daya

r transistodari tersediaDaya

P

P G

AVS

AVN

A

14

L22.

L21.12.

11IN

1

1

IN

1

L22.

L21.12

1112L121111

L22

121

2L221212

2L2

2

2

L

2221212

2121111

S - 1

SS S

b

. S - 1

.SS + .S = .b.S + .S = b

S - 1

.S = .b.S + .S = b

.b b

.S .S b

.S .S b

a

aaa

aa

aa

aa

aa

2

2

OUT

a

b

0E

s ES = 0 → a1 = S.b1

b1 = S11.S.b1 + S12.a2 →

S11

212

1

.S - 1

.S b

a

LOUTINS

a1

b1Es

Zg IMCin

ZLIMCout

a2

b2

PAVS PIN PAVN PL

15

PIN = ½ |a1|2 - ½ |b1|2 = ½ |a1|2.( 1 - |ΓIN|2 )

b2 = S21.S.b1 + S22.a2 = 2222S11

S21.12 aa .S .S - 1

.SS

S11

S2112

22

2

2

OUT

.S - 1

..SS S

a

b

0Es

LOUTINS

a1

b1Es

Zg IMCin

ZLIMCout

a2

b2

PAVS PIN PAVN PL

16

S

V1

bS

aS

b1

a1

INI1

ZS

ES

RANGKAIAN MASUKAN : V1 = ES + I1.ZS

Bila : O

11

Z

-V a

O

11

Z

V b

OS

OSS

Z Z

Z E b

OS

OS

S

Z Z

Z- Z

- 1

bs

.s. bs

. b

.b b

INS

1

1IN1

1IN 1

1SS1

a

aa

a

a

2

INS

2

IN2

S21

IN

. - 1

- 1 . b P

Daya yang tersedia pada sumber sinyal (PAVS) = Daya masukan transistor (PIN), bila

IN = S*, sehingga :

2

S

2

S21

INSIN

AVS

1

b P * P

2

INS

2

IN

2

S

AVSIN

. - 1

- 1 . - 1 . P P

atau PIN = PAVS . MS dimana: 2

INS

2

IN

2

S

S

. - 1

- 1 . - 1 M

17

RANGKAIAN KELUARAN :

OUTL

VL

bTH

aTH

b2

a2

IL

ZOUT

ETH

ZL

VL = ETH – IL . ZOUT

Bila : O

L2

Z

-V b O

L2

Z

V a

OOUT

OTHTH

Z Z

Z E b

OOUT

OOUT

OUT

Z Z

Z- Z

b2 = bTH + OUT.L.b2 dimana L . b2 = a2 →

LOUT

TH

2

. - 1

b b

Daya yang diberikan ke BEBAN :

) - (1 . b - b P2

L2

2212

2212

221

L a 2

LOUT

2

L2

TH21

L

1

- 1 . b P

Daya tersedia dari Kutub-4:

PAVN = PL, bila L = OUT* 2

OUT

2

TH21

LOUTL

AVN

1

b P * P

2

LOUT

2

OUT

2

L

AVNL

. - 1

- 1 . - 1 . P P

atau PL = PAVN . ML dimana

2

LOUT

2

OUT

2

L

L

. - 1

- 1 . - 1 M

18

OPERATING POWER GAIN (GP)

) - (1 . a

) - (1 . b

P

P G 2

IN2

121

2L

222

1

IN

LP

L22

121

2

r.S - 1

.S b

a → 2

L22

2

L2

212

IN

P

.S 1

- 1 S

- 1

1 G

TRANSDUCER POWER GAIN

.MG P

P . G

P

P .

P

P

P

P G SP

AVS

INP

AVS

IN

IN

L

AVS

LT 2

L22

2

L2

212

INS

2

S

.S 1

- 1 S

1

- 1

. -

atau2

LOUT

2

L2

212

S11

2

S

T

. 1

- 1 S

.S1

- 1G

-

AVAILABLE POWER GAIN

M

G

P

P .

P

P

P

P G

L

T

L

AVN

AVS

L

AVS

AVNA 2

OUT

2

212

S11

2

S

A

1

1 S

.S1

- 1G

-

19

Contoh soal:• Transistor microwave mempunyai parameter “S” pada 10 GHz, dengan impedansi

referensi (ZO) 50 sbb.:

S11=0,45 <1500

S12=0,01 <-100

S21=2,05 <100

S22=0,40 <-1500

Jika digunakan hambatan sumber ZS=20 dan Hambatan beban sebesar ZL=30

, hitunglah Operating power Gain, Available Power Gain, dan Transducer Power Gain!

2

L22

2

L2

212

IN

P

.S 1

- 1 S

- 1

1 G

2L22

2L2

212INS

2S

T

.S 1

- 1 S

1

- 1 G

. -

2OUT

2212

S11

2S

A

1

1 S

.S1

- 1G

-

L22.

L21.12.11IN

S - 1

SS S

S11

S2112 22OUT

.S - 1

..SS S

OS

OS

S

Z Z

Z- Z

OOUT

OOUTL

Z Z

Z- Z

Penyelesaian

• impedansi referensi (ZO) 50 sbb.:S11=0,45 <1500

S12=0,01 <-100

S21=2,05 <100

S22=0,40 <-1500

hambatan sumber ZS= 20

hambatan beban ZL= 30 ,

Solusi: S=-0.429, L=-0.250

20

49.5

85.5

94.5

151408.0dan 150455.0 0OUT

0IN

T

A

P

G

G

G

21

VSWR MASUKAN

ZIN(IN)

Za

(a)ZS

(S)

Ei

Zi=Zo IMCin

PAVS PIN

a 1

a 1 VSWRIN

O

O

Z Za

Z- Za a

)a - (1 M .MP P

)a - .(1P P 2

S

SAVSIN

2

AVSIN

- 1

* - a

- 1

) - (1 . ) - (1 - 1 a

- 1

) - (1 . ) - (1 M

M - 1 a

SIN

SIN

2

INS

2

IN

2

S

2

INS

2

IN

2

S

S

S

22

Contoh soal:

ZIN(IN)

Za

(a)ZS

(S)

Ei

Zi=50 IMCin

PAVS PIN

S = 0,614 <160°

IN = 0,4 <-145°

Hitunglah : a. |a| (0.326)

b. VSWRIN (1.985)

23

VSWR KELUARAN

ZL

(L)

ZOUT

(OUT)

ZL=ZoIMCout

PAVN

PL

Zb

(b)

PL = PAVN . ML

b

b

1

1 VSWROUT

O

O

Z Zb

Z- Zb b

- 1

* -

- 1

) - (1 . ) - (1 - 1

- 1

) - (1 . ) - (1 M

M - 1

L OUT

LOUT

2

LOUT

2

OUT

2

L

2

LOUT

2

OUT

2

L

L

L

b

bb

24

KEMANTAPAN PENGUAT RF

1. Mantap tanpa syarat (Unconditionally Stable) Suatu penguat dinyatakan MANTAP TANPA SYARAT, bila terpenuhi │IN│< 1

dan │OUT│< 1; untuk SEMUA harga impedansi sumber dan beban PASIF

(│S│< 1 dan │L│< 1)2. Mantap bersyarat (Conditionally Stable, Potentially Unstable)

Suatu penguat dinyatakan MANTAP BERSYARAT, bila terpenuhi │IN│< 1

dan │OUT│< 1; untuk SEJUMLAH harga impedansi sumber dan beban PASIF

OSILASI terjadi pada penguat, jika pada terminal masukan atau keluarannya, terdapat

RESISTANSI NEGATIF, yaitu bila │IN│> 1 atau │OUT│> 1.Sebagai contoh, jika impedansi masukan : ZIN = - RIN + jXIN

(-RIN = resistansi negatif)

1 X )R - Z(

X ) Z (R

Z jX R-

Z- jX R-

21

2IN

2INO

2IN

2OIN

OININ

OININ

IN

)X j(X )R - (R

E I

SININS

S

LOUTINS

Es

ZSZL

ZoutZin

25

Pada satu frekuensi tertentu bisa terjadi :

I 0 X X

0 R R

SIN

INS

Berdasarkan kepada koefisien refleksi, penguat yang MANTAP TANPA SYARAT akan terpenuhi bila :

1. │S│< 1

2. │L│< 1 1 .S - 1

..SS S

L22

L2112

11IN

1 .S - 1

..SS S

S11

S2112

22OUT

4. .

Pada penguat MANTAP BERSYARAT, harga│S│dan│L│yang memberikan kemantapan dapat ditentukan dengan menggunakan PROSEDUR GRAFIS pada SMITH CHART.

Tempat kedudukan S dan L yang menghasilkan │OUT│=1 dan │IN│=1 ditentukan dulu :

1 .S - 1

..SS S

L22

L2112

11IN

2112221122

22

2112

22

22

1122

L .SS - .SS dimana - S

.SS

- S

**).S - (S -

3. .

26

Persamaan diatas merupakan persamaan lingkaran beban

(tempat kedudukan L untuk│IN│=1):

lingkaranpusat titik - S

**).S - (S C

jari-jari - S

.SS R

22

22

1122

L

22

22

2112

L

Z=1 IN

Smith Chart

CL

CL LR

Lingkaran KemantapanBeban

Bagaimana menentukan daerah L yang MANTAP ?

Jika

11IN

OL

OL

LOL S 0 Z Z

Z- Z Z Z

27

Z=Z=0

1 IN

Smith Chart

CL

CL LR


Pusat Smith Chart

1 IN daerah tidak mantap

1 IN Daerah yang diarsir adalah

daerah MANTAP L

1 S 11

Jadi bila│S11│< 1, maka│IN│< 1, untuk L = 0 (ZL=ZO)

→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah mantap

28

1 IN

Smith Chart

CL

LR


1 IN Daerah mantap

LC

1 S11

Jadi jika│S11│> 1, maka│IN│> 1 untuk L = 0 (ZL=ZO)

→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah tidak mantap

29

Figure 11-5 (p. 544)Microwave Engineering, 3rd Edition, by David M PozarLoad (Output) stability circles for a conditionally stable device.(a) |S11| < 1. (b) |S11| > 1.

30

Persamaan diatas merupakan persamaan lingkaran sumber (tempat kedudukan S untuk│OUT│=1):

lingkaranpusat titik - S

**).S - (S C

jari-jari - S

.SS R

22

11

2211

S

22

11

2112

S

1 OUT

Smith Chart

1 OUT

Daerah arsiran adalahdaerah mantap S

1 S 22

SC

CS

SR

1 OUT

1 .S - 1

..SS S

S11

S2112

22OUT 2112221122

11

2112

22

11

2211

S .SS - .SS :dimana - S

.SS

- S

**).S - (S -

31

1 OUT

Smith Chart

LingkaranKemantapan Sumber

1 OUT daerah mantap S

1 S 22

SC

CS

SR

1 OUT

32

Kondisi mantap ”TANPA SYARAT” untuk semua sumber atau beban dapat ditulis dengan :

1 Suntuk 1 - C 11LL R

Smith Chart

1 S 11

LC

CL

LR

LL C R

33

Smith Chart

1 S 22

SC CS

SR

1 Suntuk 1 - C 22SS R

34

FAKTOR KEMANTAPAN K

211222112112

2222

211

.SS - .SS dimana 1 .SS 2

S - S - 1 K

21122

11 .SS S - 1 21122

22 .SS S - 1 kondisi cukup dan perlu untuk memperoleh KEMANTAPAN TANPA SYARAT :

1 K 21122

11 .SS S - 1 1 S11

1 S22 21122

22 .SS S - 1

atau cukup dengan :

1 K dan

1

35

KONDISI TIDAK MANTAP → KONDISI MANTAP TANPA SYARAT :

1. dengan pembebanan resistif

R R

RR

2. dengan umpan balik

R

R

36

Latihan soal:1. Suatu transistor jenis GaAs MESFET dengan parameter s, diukur pada Vds =

5 V dan Ids = 40 mA, f = 9 GHz, referensi 50 ohm:

S11=0,65 <-1540

S12=0,02 <400

S21=2,04 <1850

S22=0,55 <-300

Γs = 0,38 <250

Tentukan:1. factor Delta ∆ (0,332 < 1710)2. Faktor stabilitas K (4,72)

3. Koefisien refleksi keluaran Γout (0,56 < -40,70)4. GA (Available Power Gain) (6,94dB)

Ref: Microwave Circuit Analysis & Amplifier Design, by Samuel Y.Liao, Exp. 3-4-2.

37

Latihan soal: (lanjutan)

2. Parameter S untuk HP HFET-102 GaAs FET pada frekuensi 2 GHz, dicatu dengan tegangan biasing Vgs = 0 dengan Z0=50 sebagai berikut:

S11=0.894 <-60.60

S12=0,020 <62.40

S21=3.122 <123.60

S22=0,781 <-27.60

Tentukan kestabilan transistor tersebut dengan menghitung K dan , kemudian plot-kan daerah kestabilannya !

Solusi: = 0.696 < -830 K = 0,607 potentially unstable

CL = 1.363<470 RL = 0.50

CS = 1.132<680 RS = 0.199

Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.2

38

• Plot lingkaran kestabilan sumber dan beban

39

PERANCANGAN UNTUK GAIN MAKSIMUM (CONJUGATE MATCHING)

Jika dipilih : maksimum )(Gr transducedayapenguatan diperoleh *

* T

LOUT

SIN

→ syarat transistor mantap tanpa syarat

L22

L211211S

.S - 1

..SS S *

S11

S2112 22L

.S - 1

..SS S *

1

21

211

SMC 2

C4 - B B

2

22

222

LMC 2

C4 - B B

dimana : 2222

2111 - S - S 1 B

*S. - S C 22111

2211

2222 - S - S 1 B

*S. - S C 11 222

LOUTINS

a1

b1Es

Zg IMCin

ZLIMCout

a2

b2

PAVS PIN PAVN PL

atau 2

LM22

2LM2

212SM

MAXT,

.S 1

- 1 S

- 1

1G

)1 - K -(K

S

S G 2

12

21MAXT,

40

Latihan soal:

• Rancanglah suatu penguat dengan gain maximum pada frekuensi 4 GHz menggunakan single-stub matching! Transistor GaAs FET mempunyai parameter S dengan Z0=50 sebagai berikut:

S11=0.72 <-1160

S12=0,03 <570

S21=2.60 <760

S22=0,73 <-540

Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.3

Solusi: = 0.488 < -1620 K = 1,195 unconditionally stable

SM = 0.872 < 1230 ΓLM = 0.876 < 610

GT,max = 16.7 dB

Perhatikan rangkaian penyesuai impedansi sbb:

41

Circuit design and frequency response for the transistor amplifier of Example 11.3. (a) Smith chart for the design of the input matching network.

42

(b) RF circuit. (c) Frequency response.

43

PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GP DITENTUKAN: Lingkaran Gp (Operating Power Gain) Konstan

a. KASUS KEMANTAPAN TANPA SYARAT

P .2

212L22

2L2

212IN

P g S .S 1

- 1 S

- 1

1G

dimana:

.CRe 2 - ) - S.( S - 1

- 1 g

2L22

222

L2

11

2L

P

21122211

11222

.SS - .SS

.S - S C *

→

211P2LP

2222P

2L S - 1g - 1 .C.Re2.g - - S.g 1 -

) - S(g 1

)S - 1(g - 1

) - S(g 1

*.*.Cg -

) - S(g 1

..Cg - 22

22P

211P

2222P

L2P22

22P

L2P2L

titik pusat lingkaran : ) - S(g 1

*.Cg C 22

22P

2PP

jari-jari lingkaran :

) - S .(g 1

g..SS .g.SS 2K. - 1 R

2222P

21

2P

22112P2112

P

44

GP maksimum terjadi pada RP = 0; artinya :

gP,MAX . |S12.S21|² – 2K.|S12.S21|.gP,MAX + 1 = 0

2

21

MAXP,2

2112 S

G 1 - K -K

.SS

1 g

MAXP,

sehingga 1 - K -K

S

S G 2

12

21

MAXP,

Prosedur menggunakan lingkaran GP konstan :

1) Untuk GP yang ditentukan, hitung titik pusat dan jari-jari lingkaran GP konstan

2) Pilih ΓL yang diinginkan (di lingkaran tersebut)3) Dengan ΓL tersebut, daya keluaran maksimum diperoleh dengan

melakukan conjugate match pada masukan, yaitu ΓS = ΓIN*

ΓS ini akan memberikan GT = GP

o22

o12

o21

o11

95,7- 0,572 S 16,3 0,057 S Hz)6(f

28,5 2,058 S171,3- 0,641 S Transistor :Contoh

G

Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 9 dBRef: Gonzalez, Guillermo; Gonzalez, Guillermo; Microwaves Transistor Amplifier: Analysis & DesignMicrowaves Transistor Amplifier: Analysis & Design ; Prentice Hall, 1984; Prentice Hall, 1984

45

Solusi

0,3014 K = 1,504 → mantap tanpa syarat

1,875 4,235

7,94

S

G g 4,235 (2,058) S

221

PP

2221

o2 103,9- 0,3911 C

RP = 0,431

→ gambar tempat kedudukan ΓL yang memberikan GP = 9 dB

o9,103

A

tempat kedudukan L yang memberikan GP =

9dB

A)(titik

47,50,36 pilih Kita oL

S yang memberikan daya keluar maksimum

oS

L22

L211211INS

175,510,629

*

S - 1

..SS S *

oP 103,9 0,508 C

46

Latihan soal:

1. Suatu transistor jenis GaAs MESFET dengan parameter s, diukur pada Vds = 5 V dan Ids = 40 mA, f = 9 GHz, referensi 50 ohm:

S11=0,65 <-1540

S12=0,02 <400

S21=2,04 <1850

S22=0,55 <-300

Tentukan:1. factor Delta ∆ (0,332 < 1710)2. Faktor stabilitas K (4,72)

3. Carilah L dan S Yang manghasilkan Gp = 10 dB !4. Rancanglah IMC input dan IMC output-nya untuk Hambatan

sumber dan beban 50 !

47

b. KASUS MANTAP BERSYARAT

Dengan transistor mantap bersyarat, prosedur perancangan untuk GP tertentu adalah sebagai berikut:

1) Untuk GP yang diinginkan, gambar lingkaran GP konstan dan lingkaran

kemantapan beban. Pilih ΓL yang berada pada daerah mantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan beban.

2) Hitung ΓIN dan tentukan apakah conjugate match pada masukan mungkin.

Untuk itu gambar lingkaran kemantapan sumber dan periksa apakah ΓS = ΓIN* terletak pada daerah mantap.

3) Jika ΓS = ΓIN* tidak terletak pada daerah mantap atau terletak pada daerah

mantap namun terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumber, pilih ΓL yang lain dan ulangi langkah 1) dan 2)

Catt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan, karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang

digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.

o22

o12

o21

o11

100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f

70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh

Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 10 dBRef: Gonzalez, Guillermo; Gonzalez, Guillermo; Microwaves Transistor Amplifier: Analysis & DesignMicrowaves Transistor Amplifier: Analysis & Design ; Prentice Hall, 1984; Prentice Hall, 1984

48

Solusi :

062,12 0,223 K = 0,4 → transistor mantap bersyarat

0,34 R

97,2 1,18 C

0,473 R

97,2 0,572 C

10dB G

L

oL

P

oP

P

CL

o2,97A

Lingkaran GP = 10dB konstanP

L

CP

Lingkaran kemantapan beban

Smith Chart

49

Oleh karena |S11| < 1, daerah MANTAP berada diluar lingkaran kemantapan BEBAN

Pilih titk A → o

L 97,2 0,1 → oINS 179,32 0,52 *

Lingkaran kemantapan sumber :o

S 171 1,67 C RS = 1,0

ΓS diatas harus diperiksa apakah berada di daerah MANTAP Daerah mantap berada di luar lingkaran kemantapan sumber → ΓS berada di

daerah mantap, maka ΓS dapat digunakan

LOUTINS = IN*

Es

Zs = 50 IMCin

ZL

= 50IMCout

50

PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN:Lingkaran Ga (Available Power Gain) Konstan

a) KASUS MANTAP TANPA SYARAT

A .2

212S11

2S2

212OUT

A g S .S 1

- 1 S

- 1

1G

.CRe 2 - ) - S.( S - 1

- 1

S

G g

1S22

112

S2

22

2S

221

A

A

*.S - S C 22111

Dengan cara yang sama seperti lingkaran GP konstan, diperoleh :Lingkaran GA konstan :

titik pusat lingkaran : ) - S(g 1

*.Cg C 22

11A

1AA


) - S (g 1

g..SS g.SS2K - 1 R 22

11A

21

2

A

2

2112A

2112

A

Semua ΓS pada lingkaran, memberikan suatu GA yang diinginkan. Untuk GA tertentu,

daya keluaran maksimum diperoleh dengan ΓL = ΓOUT*

→ ΓL ini memberikan GT = GA

51

b) KASUS MANTAP BERSYARAT

1. Untuk GA yang diinginkan, gambar lingkaran GA konstan dan lingkaran kemantapan sumber. Pilih ΓS yang berada di daerah mantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumber.

2. Hitung ΓOUT dan periksa apakah conjugate match mungkin, untuk itu gambar lingkaran kemantapan beban dan periksa apakah ΓL = ΓOUT* berada di daerah mantap.

3. Jika ΓL = ΓOUT* tidak berada pada daerah mantap atau terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan beban, pilih ΓS (atau GA) yang lain dan ulangi langkah 1) dan 2).

Catt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan, karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang

digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.

52

Latihan soal:

o22

o12

o21

o11

100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f

70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh

Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GA = 10 dB!Rancang pula IMC-in dan IMC-out dengan menggunakan stub paralel-open circuit!

53

PERANCANGAN PENGUAT DENGAN VSWR DITENTUKAN:

• VSWRIN konstanIN

Za

(a) S

E1

Zi=50 IMCin

konstan VSWRlingkaran diturunkandapat

. - 1

* - a

a - 1

a 1 VSWR

IN

SIN

SIN

IN

54

Lingkaran VSWRIN konstan :

titik pusat lingkaran :

2IN

2IN

a. 1

)a - (1 .* Cvi


2

IN

2

IN

a. 1

) - (1 .a Rvi

Pada kasus mantap tanpa syarat dan beberapa kasus mantap bersyarat,

ΓS dapat dipilih =ΓIN* ; untuk memperoleh VSWRIN = 1.

Bila VSWRIN = 1 →

0 Rvi

* Cvi 0 a

IN

Jadi ΓS = ΓIN* memberikan 0 a → VSWRIN = 1

55

• VSWRout konstan

DENGAN CARA YANG SAMA :

. - 1

* -

- 1

1 VSWR

LOUT

LOUT

OUT bb

b

Lingkaran VSWROUT konstan :


2OUT

2OUT

. 1

) - (1 .* Cvo

b

b


2

OUT

2

OUT

. 1

) - (1 . Rvo

b

b

56

Lingkaran Noise figure/Faktor Derau Konstan:

22S

2S

MIN

opt 1. - 1

opt - n 4 F F

r

dimana:FMIN = faktor derau minimum komponen aktif

rn = equivalent normalized noise resistance (= RN/ZO)Γopt = koefisien refleksi sumber yang dapat menghasilkan faktor

derau minimum

LOUTINS = IN*

Es

Zs = Zo IMCin

ZL

= ZoIMCout

PERANCANGAN PENGUAT DENGAN NOISE FIGURE DITENTUKAN:

57

Ambil satu harga F = Fi 2MIN

2S

2S

opt 1.n 4

F - Fi

- 1

opt -

r

Ni konstan opt 1.n 4

F - Fi Ni

2MIN

r

- 1

opt - 2

S

2S

(ΓS - Γopt).(ΓS* - Γopt) = Ni – Ni |ΓS|²

|ΓS|².(1 + Ni) – 2Re[ΓS.Γopt*] + |Γopt|² = Ni

Ni 1

Ni

Ni 1

opt *opt.Re

Ni 1

2 -

2

S2

S

→ merupakan persamaan lingkaran di bidang ΓS dan dapat ditulis menjadi :

2

222

S

Ni 1

opt - 1Ni Ni

Ni 1

opt -

untuk Ni tertentu, diperoleh lingkaran faktor derau Fi konstan.

Lingkaran faktor derau:


Ni 1

opt CFi


opt - 1Ni Ni 1 Ni

1 R

22Fi

58

Contoh Soal :

Suatu transistor dengan parameter S sebagai berikut :

o22

o21

oo12

MINo

11

67- 0,839 S

3.5 Rn 26 1,681 S

166 0,475 opt 23 0,049 S

2,5dB F 169 0,552 S

Tentukan lingkaran faktor derau Fi = 2,8dB konstanSolusi :

2MINopt 1.

n 4

F - Fi Ni

r

0,07 50

3,5

Z

Rn n

O

r

Fi = 2,8dB = 1,905

FMIN = 2,5 dB = 1,778

→ Ni = 0,1378

oFi 166 0,417

Ni 1

opt C

RFi = 0,312

o166

Lingkaran F konstan

Smith Chart0,417

Z0 Z

Documents

Penguat Frekuensi Tinggi