Курс AVR123.nm.ru

Как найти в ДШ транзистора 
(усилителя, антенны, устройства) 
сведения необходимые для проектирования цепей согласования.

Для проектирования цепи согласования нужно знать либо импеданс устройства либо его коэффициент отражения сигнала. 

Если мы строим согласующую цепь для входа устройства то должны найти в документации: 

- либо импеданс входа Zin

- либо коэф. отражения от входа S11

Для цепи согласующей выход устройства мы должны найти в документации: 

- либо импеданс выхода Zout

- либо коэф. отражения от выхода S22

Коэффициент отражения состоит из величины (радиуса) от 0 до 1 и угла от -180 до +180 градусов.

Коэф-ы отражения можно импортировать в программу Smith v2.02 из файла S-параметров компонента. 

Эти файлы доступны на сайте изготовителя свободно либо высылаются по запросу. Они содержат и другие S-параметры (еще S21 и S12) которые могут быть использованы для вычисления коэф. усиления транзистора и определения устойчивости к самовозбуждению.

Пример: Коэф. отражения - величина 0.5 угол 75°  нанесен на диаграмму SmithChart в программе Smith v2.02  

Радиус диаграммы равен единице. После нажатия "ОК" на диаграмме появится точка 1 отображающая коэф. отражения 0.5 угол 75.  Эта точка находится на расстоянии 0.5 от центра (это радиус) диаграммы на луче исходящим из центра и угол между этим лучом и лучом из центра в право равен 75 градусов. При этом в окне "data point"  появляется соответствующий точке 1 импеданс: 37.834 + J48.726 Ом. 

пример 1.  

Определить данные для построения цепи согласования выхода транзистора Philips BLT50 на частоте 434 МГц.  

На сайте производителя PHILIPS  находим ДШ на этот транзистор.

Ищите все что вам нужно быстро и удобно! с помощью поисковой системы google 

- введите название искомого - например BLT50 
- задайте тип документа .pdf - это стандарт для ДШ 
- 50 результатов 
- жмите "Enter" 

Откройте свеже-скачаный ДШ и ищите сведения относящиеся к параметрам выходного импеданса - это Fig.9 "Load impedance (series components) as a function of frequency, typical values" - график "типовое значения выходного импеданса (последовательное соединение компонентов) от частоты" 

Это несколько не обычный, относительно редкий метод указания импеданса - в виде такого графика.  Но в образовательных целях это даже хорошо.

обратите внимание - под графиком указан режим транзистора для которого справедливы эти данные: 

- напряжение питания коллектор-эммитер 7.5 вольт  
- мощность отдаваемая в нагрузку 1.2 Вт
- усилитель класса В.

Найдем выходной импеданс для частоты 434 МГц

1) На шкале частот определяем точку соответствующую частоте  434 МГц - шкала линейная и найти эту точку можно арифметически либо геометрически.

2) из этой точки я провел красную вертикаль

3) Теперь надо считать значения активной и реактивной составляющих выходного импеданса проведя горизонтали влево от точек пересечения красной вертикали с толстыми черными линиями на графике. 

Получаем:

RL = 6.9 Ом (активная составляющая выходного импеданса) 

XL = 14.5 Ом (положительна - значит реактивная составляющая имеет характер индуктивности!) 

Ответ - Выходной импеданс транзистора Philips BLT50 на частоте 434 МГц при напряжении коллектор-эмитер 7.5 вольт и мощности отдаваемой в нагрузку 1,2 Вт можно представить в виде последовательно соединенных резистора 6.9 Ом и катушки индуктивности с реактивным сопротивлением 14.5 Ом на данной частоте.  

Записывается такой импеданс вот так: 

Zout = 6.9 + J14.5    Ом

надеюсь вы уже понимаете,  что 12.9 - J8.1  (знак минус!) означает вместо индуктивности включен конденсатор (тоже последовательно резистору в 12.9 Ом) имеющий на рассматриваемой частоте реактивное сопротивление 8.1 Ом.

Аналогично можно найти и входной импеданс BLT50

сделайте это в качестве упражнения, выберите другую частоту и определите соответствующие импедансы.

пример 2.  

Найти данные для согласования входа и выхода усилителя MMG3002NT1 компании Freescale (бывшая Motorola) на частоте 434 МГц.

Я очень рекомендую вам обратить  внимание на продукцию этой компании!  Мало того что компания Freescale выпускает радиочастотные транзисторы, усилительные модули и микросхемы покрывающие весь диапазон радио частот, но главное ... 

Freescale присылает бесплатно образцы  компонентов. 

Это очень удобно для изготовления единичных устройств радиолюбителем, так как зачастую сложно купить приборы в малом количестве. 

Как заказать бесплатные образцы я рассказал в FAQ'е в Кратком Курсе микроконтроллеры начинающим с нуля http://proavr.narod.ru

Реклама недорогих радиодеталей почтой:

Freescale  производит огромную номенклатуру микроконтроллеров с великолепными характеристиками и универсальной периферией. На сайте имеется много примеров применения МК и бесплатные образцы доступны. 

Все радио частотные (RF) компоненты Freescale  со сравнительными таблицами для выбора, все ДатаШиты с примерами тестовых схем и плат содержатся в двух каталогах: 

DL110 Wireless RF Product Device Data  (31653 кб)

DL210 RF Linear Amplifiers Device Data  (5756 кб)

Настоятельно рекомендую скачать их и иметь на своем ПК.

При плохой связи используете менеджер закачки с функцией продолжения закачки после обрыва связи - например ReGet 

Обратим особое внимание на 6 широкополосных усилителей  Freescale  серии MMG3001NT1 - MMG3006NT1.   

Эти усилители в небольшом корпусе очень удобны для радиолюбителей, так как имеют внутренние цепи стабилизации режима по постоянному току, работают в диапазоне частот от 40 до 3600 МГц, высокое усиление, и позволяют строить усилительные тракты с входной мощности 0.010 мВт до выходных 200 мВт, а в диапазоне частот 400-2400 МГц до 2 Вт на выходе !    

+ бесплатные образцы  =  мечта идиота !

Ищем 

в ДШ на MMG3002NT1 данные приведены в виде таблицы S-параметров. Нас пока интересуют S11 и S22

вот кусочек из этой таблицы: 

Обратите внимание, что в заголовке таблицы указан режим по постоянному току для которого справедливы эти параметры  - этот режим обеспечивает сам усилитель MMG300х  при его включении по типовой схеме указанной в ДШ. 

Не забудьте про необходимость резистора в цепи питания! Он является частью системы стабилизации режима усилителя по постоянному току.

Особое внимание обращайте на то для какого характеристического сопротивления Zo приведены данные - здесь для 50 Ом. Если данные будут например для 10 Ом то для отображения их на 50 Омной диаграмме нужно просто поделить на 5 (это 50/10) обе части импеданса.

Смотрим таблицу: частоты 434 МГц нет в таблице, в принципе можно было взять данные для 450 МГц (0.45 GHZ) и наслаждаться, но будем педантами и вычислим данные именно для 434 МГц линейно интерполируя имеющиеся данные - полагая, что между частотами указанными в таблице параметры меняются линейно.

Итак для S11 имеем из таблицы: 
на 400 МГц - 0.08377       угол  136.078
на 450 МГц - 0.08191       угол  131.492

для 434 МГц значение будет:  
0.08377 + ((434 - 400)*(0.08191 - 0.08377)/(450 - 400))

получаем:  S11 на 434 МГц - значение 0.07112

угол вычисляем аналогично:  
136.078 + ((434 - 400)*(131.492 - 136.078)/(450 - 400))

получаем:  угол для S11 на 434 МГц - 132.960

Для S22 имеем из таблицы: 
на 400 МГц - 0.1272       угол  -122.007
на 450 МГц - 0.1416       угол  -122.555

Посчитайте пожалуйста параметры S22 для частоты 434 МГц самостоятельно.

пример 3.  

Найти данные для согласования входа и выхода усилителя MRF1518 Freescale на частоте 434 МГц.

MRF1518T1 - полевой транзистор усиливающий 635 мВт до 8 Вт в диапазоне частот от 400 до 520 МГц  - рекомендую !  

Freescale присылает бесплатно образцы  компонентов. 

Вы можете скачать ДШ на этот транзистор, я использую большой каталог DL110 - очень удобно! 

На странице 5-106 этого каталога находим данные входного и выходного импедансов и режим по постоянному току для которого они справедливы. 

Данные приведены ТРЕМЯ популярными способами: 

1) на диаграмме SmithChart  комплексно-сопряженный (complex conjugate) импеданс:

Характеристическое сопротивление Zo = 10 Ом - значит данные импеданса полученные с диаграммы нужно будет умножить на 10.

2) непосредственно значения комплексно-сопряженного (complex conjugate) импеданса для некоторых частот в таблице:

Под таблицей указаны примечания - в частности Zin указан не для затвора транзистора непосредственно, а  для точки соединения резистора 15 Ом и конденсатора 47 пФ подключенных другими концами к затвору через линии передачи Z5 и Z6 (смотри схему на рис.10).

3) в виде таблицы параметров как в примере 2.

Попробуем снять нужные данные с диаграммы  SmithChart  
я нанес цветные метки на увеличенное изображение интересующего нас участка диаграммы:

На черные жирные линии отражающие импеданс в диапазоне 400-470 МГц я нанес точки означающие примерно 434 МГц - красная точка это входной импеданс, а зеленая означает выходной.

Эти точки можно найти на рисунке исходя из предположения что шкала частот равномерно распределена по черной жирной линии.

Начнем с входного импеданса. 

Реальную, активную часть импеданса на SmithChart отображают окружности с центром справа на горизонтали на которой написаны числа 0.4  0.5  0.6  1.2  -  эти цифры означают активное сопротивление соответствующее прилегающей окружности, деленное на характеристическое сопротивление Zo диаграммы - в данном случае на 10 (обычно Zo = 50 Ом).   

Я стал двигаться вниз от красной точки параллельно окружностям активного сопротивления и а месте обозначенном красной черточкой пересек горизонталь - считываю активное сопротивление: примерно 0.565 

Умножим на 10 получается, что активная часть входного импеданса на частоте 434 МГц  примерно  5.65 Ом.

Теперь  посмотрите: 
желтыми точками я обозначил окружность означающую на SmithChart реактивную часть импеданса в 5 Ом, индуктивного характера - после деления на Zo = 10 это будет 0.5 

Верхняя половина диаграммы SmithChart означает, что импеданс имеет индуктивную составляющую, нижняя половина - емкостная реактивность.

Голубыми точками я обозначил окружность означающую на SmithChart реактивную часть импеданса в 4 Ом, индуктивного характера - после деления на Zo = 10 это будет 0.4 

Теперь можно определить, что красная точка соответствует примерно 0.46  - умножим на 10 в итоге:  4.6 Ом  индуктивного, значит со знаком плюс.  

Итак: 

импеданс комплексно-сопряженный к входному MRF1518T1 на частоте 434 МГц 

Zin = 5.65 + J4.6 Ом  

Выходной импеданс найдите сами! 
Оранжевая точка стоит на окружности 0.2  а синяя на 0.3 

У меня получилось вот так: 

импеданс комплексно-сопряженный к выходному MRF1518T1 на частоте 434 МГц 

Zout = 4.1 + J2.4 Ом  

Эти значения комплексно сопряженные для импедансов на выводах транзистора!

Теперь  получим данные для построения согласующих цепей из таблицы.

Здесь опять нужно интерполировать:

Для входного импеданса имеем из таблицы: 
на 400 МГц   4.28        2.36
на 440 МГц   6.45        5.13

для 434 МГц значение активного сопротивления будет:  
4.28 + ((434 - 400)*(6.45 - 4.28)/(440 - 400))

получаем:  6.12 Ом 

реактивное сопротивление будет:  
2.36 + ((434 - 400)*(5.13 - 2.36)/(440 - 400))

получаем:  4.71 Ом 

импеданс комплексно-сопряженный к входному  MRF1518T1 на частоте 434 МГц будет:

Zin = 6.12 + J4.71 Ом  

Это с учетом примечаний к таблице и доп. элементов по рис. 10  и возможно поэтому он отличается от:
Zin = 5.65 + J4.6 Ом  
полученного чуть выше с диаграммы ! 

Думаю этих трех примеров вам достаточно чтобы понять как найти в документации необходимые для согласования данные. 

Пойти учиться согласовывать ...

Вот на досуге почитайте: