Amplificador con transistor BJT (Microondas)

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJAELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

Practica Microondas

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJALa Universidad Católica de Loja

ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

MICROONDAS

PRACTICA 4

SEPTIMO CICLO

2013

1 Cristian AguirreRonnier Torres


Practica Microondas

TEMA: AMPLIFICADOR CON TRANSISTORES BJT

OBJETIVOS

Diseñar un amplificador con transistores BJT

Determinar los parámetros S del transistor

El amplificador debe tener una ganancia mínima de 10 dB

Simular el amplificador utilizando la herramienta Microwave.

MARCO TEÓRICO

AMPLIFICADOR CON TRANSISTORES.

Los amplificadores más interesantes por la relación entre el costo, consumo, tamaño,

reproductividad y distorsiones son los realizados mediante transistores El semiconductor silicio es

útil en transistores bipolares hasta los 3000 MHz, mientras que el Arseniuro de Galio (As Ga) se

utiliza por encima de dicha frecuencia en la configuración de transistor de efecto de campo (FET).

En los amplificadores de potencia de estado sólido el nivel máximo de potencia de salida es de 10

watts en las bandas de 4/6 GHz y de 2,5 w en 11/14 GHz. Tienen por ello una potencia de salida

limitada frente a los amplificadores tradicionales usados en estaciones terrenas. En los

amplificadores de bajo ruido se selecciona la configuración FET con barrera Schottky que permite

una figura de ruido muy reducida. Por ejemplo, en estaciones terrenas con 4 etapas donde la

primera se enfría termoeléctricamente mediante celdas Peltier a -40 °C se logran valores de 0,6 dB

a 4 GHz con ganancia de 14 dB.

Una de las aplicaciones importantes de un amplificador de microondas está en la salida de un

transmisor en donde una señal necesita amplificarse antes de ser transmitida. Un amplificador es

necesario para transmitir una señal a través de una antena y un medio. El amplificador de

microondas amplifica la señal de entrada después de que la señal ha sido modulada en el



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transmisor. El paso de la amplificación es necesario para cualquier aplicación de transmisión

mediante antenas.

Los amplificadores de microondas combinan elementos activos con circuitos de línea de

transmisión pasivos que proveen las funciones críticas a los sistemas e instrumentos de

microondas.

PARAMETROS S

Figura 1. Parámetros “S” de un transistor 1.

El siguiente físico de estos parámetros son los siguientes:

S11 y S22 son los coeficientes de reflexión a la entrada y la salida si se carga con la

impedancia de referencia.

Pueden representarse sobre la carta de Smith

S12 y S21 son las ganancias de transferencia en sentido directo e inverso

Pueden representarse sobre una carta polar o sus módulos sobre ejes cartesianos.

Todos ellos dependientes del punto de polarización y la frecuencia.

1 Imagen tomada de MICROONDAS, Amplificadores de microondas, pag 2.http://agamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/ittst/mic/apuntes/ampli0506.pdf



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Los parámetros “S” han ganado popularidad desde fines de los ’60 debido a la aparición de

instrumentos de medición para la medición de los parámetros S. Hoy en día es mucho más común

que las hojas de datos de los transistores de radiofrecuencia contengan las especificaciones de los

parámetros S que de los Y.

Los parámetros S varían con la frecuencia y la polarización. Por lo tanto, luego de elegir la

frecuencia y el transistor, debemos determinar un punto de operación estable, y calcular los

parámetros S. Utilizando los parámetros S veremos algunas propiedades del amplificador.

CALCULOS AMPLIFICADOR

Hemos seleccionado el transistor BJT NE696 que posee las siguientes características y parámetros

“S” a 2.400 Mhz, con un VCE= 1 V y un IC= 5 mA:

El amplificador debe operar entre terminaciones de 50 ohm.

Datos:

S11= 0.0.338 /-165.4°

S22= 0.541 / -70.7°

S12= 0.059 / 27.5°

S21= 4.496/61.9°



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Figura 2. Parámetros “S” transistor NE696 2.

Primero, calculamos el factor K para ver si el transistor es estable en la frecuencia de operación y

en el punto de polarización:

Ds = S11 S22 - S12 S21

DS = [(0.338/ -165.4° ) (0.541 / - 70.7°) ] – [(0.059 / 27.5° ) (4.496 / 61.9° )]

= 0.1133196 / 76.6° - 0.321625 / 99.2°

= ( -0.101988155 + j0.151774386) – (0.00277779 + j0.26525)

= -0.1048 –j0.1135

= 0.1544 / -132.7°

Se utiliza la magnitud de Ds para calcular K.

2 Imagen tomada de DATASHEETARCHIVE, Amplificadores de microondas, pag 2.http://www.datasheetarchive.com/dlmain/Datasheets-10/DSA-192340.pdf



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K=1+|DS|

2−|S11|2−|S22|

2

2⋅|S21|⋅|S12|

K=1+|0 .1544|2−|0 .338|2−|0 .541|2

2⋅|0 .059|⋅|4 .496|

K=0.6169140.530528

K=1 .1628

Como K es mayor que 1, el transistor es incondicionalmente estable y podemos continuar con el

diseño.

Calculamos las Gammas de entrada y salida.

Γ S=[B1+√B1 2̂∗4|C1|2̂2C1 ]

B1=1−|S11|2−|S22|

2+|DS|2

B1=1+|0 .338|2−|0 .541|2−|0.1544|2

B1=0 .6169

C1=S11−(DS S22¿ )

s= 0.755 /178.2°



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Γ L=[B2+√B2 2̂−4|C2|2̂2C2 ]

B2=1−|S11|2−|S22|

2+|DS|2

B2=1+|0 .338|2−|0 .541|2−|0 .1544|2

B2=0 .6169

C2=S11−(DS S22¿ )

L= 0.755 /75.94°

Ahora calculamos la ganancia total, que es el producto de otras ganancias, la ganancia del acople

de entrada, la ganancia del acople del transistor y la ganancia del acople de salida.

GT= GS * Go * GL

Gs= 1

1−¿❑s∨2 ¿¿

Gs= 1.7652 = 2.46 dB

Go = |S21|^2

Go = 20.21 = 13.056 dB

GL=1−¿L∨2 ¿|1−❑L S22|

2¿

GL = 1.2152 = 0.846 dB

Entonces la ganancia total es:



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GT = 16.362 dB.

Figura 3. Calculos STUB y Linea utilizando la carta de Smith



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Figura 4. Parámetros típicos transistor NE696.



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Figura 5. Parametros típicos transistor NE696.

IMÁGENES SIMULACIONES

AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR BJT

Figura 6. Diseño esquemático Amplificador con transistor BJT



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Figura 7. Parámetros “S” Amplificador con transistor BJT

Figura 8. Reflexión , Amplificador con transistor BJT



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Figura 9. Vista Layout, Amplificador con transistor BJT..

Figura 10. Vista 3D, Amplificador con transistor BJT..

CONCLUSIONES

Se debe determinar las especificaciones que tendrá nuestro amplificador para de esta manera empezar el trabajo buscando el transistor que usaremos que se ajuste a nuestras necesidades.

Se debe establecer a frecuencia a utilizar para de esta manera establecer así mismo los parámetros “S” del transistor que utilizaremos.



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Diseñar un buen acoplo nos permite la entrega máxima de ganancia de nuestro amplificador.

El dispositivo seleccionado debe ser estable de esta manera las impedancia del circuito no tengan valores reales negativos.

REFERENCIAS

MICROWAVE ENGINEERING: David M. Pozar, capítulo 11, pág. 550-555. BLOGGER: Amplificadores microondas de potencia [en línea] Consultado el 19-01-

2014. Disponible en: http://amplificadoresmicro.blogspot.com/2010_02_01_archive.html

MICROONDAS: Amplificadores de microondas con transistores, Pablo Luiz López Espí, pág 25.

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID ESCUELA POLITECNICA: Diseño de amplificadores con transistores [en línea] Consultado el 19-01-2014. Disponible en: www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ch13.pdf


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