تقویت کننده سیگنال

تقویت کننده سیگنال

دایره های عدد نویز 
در بسیاری از تقویت كننده های RF، برای تقویت سیگنال در سطح نویز حداقل, نیازمند یك سیستم حساب شده می باشیم. متاسفانه طراحی یك تقویت كننده کم نویز با فاكتوهایی نظیر پایداری و بهره سنجیده می شود, برای نمونه در ماكزیمم بهره، نویز حداقل نمی تواند بدست آید. بنابراین اهمیت دارد كه روشهایی را كه به ما اجازه می دهند كه نویز موثر را به عنوان قسمتی از نمودار اسمیت برای هدایت شباهت ها و مشاهده توازن ما بین گین و پایداری نشان می دهد توسعه می دهیم.
از یك نمای تمرینی، جزء موثر تحلیل نویز ، عدد نویز تقویت كننده دو پورتی در فرم ادمیتانسی است . 
9.73 2 
و یا فرم معادل امپدانسی 9.74 
كه امپدانس منبع است . 
هر دو معادله از ضمیمه H مشتق شده‌اند. هنگام استفاده از ترانزیستور بطور معمول چهار پارامتر نویز شناخته می شوند كه از طریقdatasheet كارخانه سازنده FET یاBJT یا از طریق اندازه گیریهای مستقیم بدست می آیند . آنها عبارتند از :
- عدد نویز حداقل (همچنین اپتیمم نیز نامیده می شود) كه رفتارش بستگی به شرایط پایه ای و عملكرد فركانسی دارد . اگر وسیله, نویزی نداشته باشد ما میتوانیم Fmin را برابر 1 بدست آوریم. 
- مقاومت معادل نویز كه برابر عكس رسانایی وسیله میباشد 
P 503.
- ادمیانس اپتیمم منبع 

بجای امپدانس یا ادمیتانس ، ضریب انعكاس اپتیممopt اغلب لیست می شود. ارتباط ما بین و بوسیله رابطه زیر بیان میشود: 
9.75 
از زمان انتخاب پارامتر S به عنوان مناسب ترین گزینه برای طرحهای فركانس بالا ما رابطه9.73را به فرمی تبدیل کردیم که ادمیتانسها با ضرایب انعکاس جایگزین شوند.در کنار 9.75 ما از رابطه زیر در 9.73 استفاده می كنیم : 

GS می تواند بصورت نوشته شود و نتیجه نهایی بصورت زیر است : 

در رابطه 9.77 مقدار Fmin و Rn و شناخته شده هستند. 
بطور كلی مهندس طراح برای تنظیم آزادی عمل دارد تا عدد نویز را تحت تاثیر قرار دهد . برای Гs=Гopt می دانیم كه كمترین مقدار ممكن عدد نویز برای F= بدست می آید . برای جواب دادن به این سوال كه چگونه با یك عدد نویز خاص اجازه می دهند كه بگوییم Fk با Гs مرتبط است رابطه 9.77 را باید بصورت زیر بنویسیم: 

كه عناصر موجود در طرف راست یك شكل معادله برگشتی را ارائه می دهند . یك ثابت Qk كه با معادله زیر بیان می شودمعرفی میکنیم:

و ارنج دوباره عبارتها معادله زیر را می دهد:

تقسیم شدن بر (1+Qk) و به توان دو رساندن بعد از مقداری عملیات جبری نتیجه می‌دهد: 

.P 504 
این یك معادله برگشتی مورد نیاز در فرم استاندارد است كه می تواند بعنوان قسمتی از نمودار اسمیت ظاهر شده باشد . 

که موقعیت مركز دایره dFK با عدد كمپلكس زیر نشان داده شده است :

و با شعاع 

دو نكته جالب توجه و جود دارد كه از معادله های 9.83 و 9.84 بدست می‌آیند . 
منیمم عدد نویز برای FK=Fmin بدست می آید كه با مكان شعاع هماهنگی دارد . 
همه مراكز دایره های نویز ثابت در طول یك خط از محیط به نقطه كشیده شده‌اند عدد نویز بزرگتر نزدیكتر به مركز dFk به سمت محیط حركت می كند و شعاع rFK بزرگتر می شود . مثال زیر توازن بین بهره و عدد نویز را برای تقویت كننده سیگنال كوچك نشان می دهد . 
P 505. 
مثال 9.14: یك تقویت كننده سیگنال كوچك برای عدد نویز مینیم وگین مشخص با استفاده از ترانزیستورهای یكسان مانند مثال 9-13 طراحی کنید. یك تقویت كننده قدرت نویز پایین با 8dB بهره و عدد نویزی كه كمتر از 1.6dB است رامیتوان بافرض این که كه ترانزیستورهاپارامترهای نویز زیررا دارندdB Fmin-=1.5 ، طراحی کرد.
حل : عدد نویز مستقل از ضریب انعكاس بار است. هر چند تابعی از امپدانس منبع است . 
پس مپ كردن دایره گین ثبت بدست آمده در مثال 9.13 به پلان آسان است. با بكار بردن معادلات 9.64 و 9.65 و مقادیر مثال 9.13 با مركز و شعاع دایره گین ثابت را پیدا می كنیم: 18º dgs=0.29<- و Vgs=0.18 .
یك قرار گرفته در هر جای روی این دایره، مقدار گین مورد نیاز را بر آورده خواهد كرد . 
هر چند برای اینكه به جزئیات عدد نویز دست یابیم باید مطمئن باشیم كه داخل دایره نویز ثابت FK=2dB قرار دارد. 
مركز دایره نویز ثابت و شعاع آن به ترتیب با استفاده از معادله های 9.83 و 9.84 محاسبه شده اند. 
آنها با هم در زیر با ضریب QK لیست شده اند 9.79 را ببینید: 
Q¬K=0.2 dFK=0.42 < 45 , rFk=0.36
دایره های آمدهG=8dB و Fk=1.6dB در شكل 9.17 نشان داده شده اند. 

شکل 9.17

توجه شود كه ماكزیمم بهره قدرت در نقطه ای بدست آمده كه
P506.
(مثال 9.11 را برای محاسبات جزئیات ببینید) هرچند عدد نویز مینمم در بدست آمده است كه برای این مثال نشان می دهد كه دسترسی به ماكزیمم بهره و مینیم عدد نویز بطور همزمان غیر ممكن است. آشكار است كه بعضی از توافقات باید صورت گیرد. 
برای كوچك كردن عدد نویز برای یك گین داده شده ، ما باید ضریب انعكاس منبع را تا حد امكان نزدیك یه بر گزینیم تا زمانیكه هنوز روی دایره بهره ثابت بماند . با بكار بردن رابطه 9.62 و انتخاب دلخواه ، را بدست می دهد.
عدد نویز تقویت کننده با استفاده از رابطه 9.77 بدست میآید: 

9.6 دایره های VSWR ثابت .
در بسیاری از موارد تقویت كننده باید زیر یك مقدار VSWR مشخص كه در پورت ورودی و خروجی تقویت كننده اندازه گیری شده بمانند . رنج تغیرات VSWR بین [1.5 , 2.5] باشد1.5<=VSWR<=2.5 همانگونه كه از بحثمان در فصل 8 می دانیم , هدف از شبكه های تطبیق اساسا جهت كاهش VSWR در ترانزیستوراست. مشكل از این حقیقت ناشی می شود كه, VSWR ورودی (یا (VSWR¬IMN در ورودی شبكه تطبیق مشخص شده است كه در برگشت بوسیله جزءهای اكتیو و از طریق فیدبك بوسیله شبكه تطبیق خروجی (OMN) تحت تاثیر است بر عكس VSWR خروجی (یا (VSWROMN بوسیله OMN و دوباره از طریق فید بك بوسیله IMN مشخص شده است . این گفته ها به یك طرح دو جانبه نزدیك است همانگونه كه در بخش 9.4.3 بحث شد.
برای جا افتادن این قسمت ، اجازه دهید نگاهی به تصویری كه در شكل 9.18 نشان داده شده بیندازیم. 
دو VWSR كه قسمتی از یك جزء تقویت كننده RF هستند: