Amplificador usando transistores BJT

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
Practica Microondas
UNIVERSIDAD TÉCNICA
PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
MICROONDAS
PRACTICA 4
SEPTIMO CICLO
2013
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Cristian Aguirre
Ronnier Torres

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ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
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
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eltransmisor. El paso de la amplificación es necesario para cualquier aplicación de transmisión
medianteantenas.
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
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Figura 1. Parámetros “S” de un transistor .
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.
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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 2.400Mhz, 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 .
Primero, calculamos el factor K para ver si el transistor es estable en la frecuencia de operación y
en el punto de polarización:
Ds = S11S22 - 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.
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Imagen tomada de DATASHEETARCHIVE, Amplificadores de microondas, pag 2.
http://www.datasheetarchive.com/dlmain/Datasheets-10/DSA-192340.pdf
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K
K
2
1 DS
S11
2
S 22
2
2 S 21 S12
1
0.1544
2
0.338
2
0.541
2
2 0.059 4.496
K
0.616914
0.530528
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.
B1 ^ 2 * 4 | C1 |^2
B1
S
2C1
2
B1
1
S11
B1
1
0.338
B1
S11
2
s=
2
DS
2
0.6169
C1
S 22
0.541
2
0.1544
2
DS S 22
0.755 /178.2°
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B2 ^ 2 4 | C 2 |^2
B2
L
2C 2
2
B2
1
S11
B2
1
0.338
B2
S11
2
L=
2
DS
2
0.6169
C2
S 22
0.541
2
0.1544
2
DS S 22
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= 1.7652 = 2.46 dB
Go = |S21|^2
Go = 20.21 = 13.056 dB
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.
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Se debe establecer a frecuencia a utilizar para de esta manera establecer así
mismo los parámetros “S” del transistor que utilizaremos.
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, capítulo11, pág. 550-555.
BLOGGER: Amplificadores microondas de potencia [en línea] Consultado el 19-012014. 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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