Автор Тема: Согласующие цепи  (Прочитано 9290 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Согласующие цепи
« : 06 Январь 2015, 16:42:15 »
Здравствуйте.
Перечитав сообщения на форуме на данную тему я так и не смог найти однозначного ответа на вопросы. Я пытаюсь спроектировать усилитель на 1700 МГц на транзисторе BFG591. По даташиту на этой частоте он должен выдать усиление в 8 дБ.

Разобрался с понятием матрицы рассеяния или S параметров. На форуме писали, что образно говоря, коэффициент отражения по входу четырехполюсника Гin можно приравнять к S11, и дальше перевести его либо в импеданс и потом рассчитывать, либо, что намного удобнее, напрямую ввести коэффициент отражения в Smith chart.
Но в учебной литературе, когда описывают математически, учитывают все факторы то есть параметры S12 и S21. Ну что касается S21 тут все понятно, а вот S12…  ???
Короче говоря общая формула входного коэффициента отражения выглядит так: Гin=S11+(S12*S21*Гload)/(1-S22*Гload), абсолютно аналогично выглядит формула к выходному коэффициенту отражения Гout. Учебники пишут что поскольку S12 довольно маленький то им можно пренебречь и приравнять к 0 и тогда все отлично, :) а также так можно поступить посчитав что у нас модель однонаправленная.

 Так как же поступить при расчете?

Но опять же если мы примем во внимание параметр S12 то можно увидеть зависимость между, грубо говоря, входным импедансом и импедансом нагрузки (входным импедансом выходной согласующей цепи) как по формуле Гin=S11+(S12*S21*Гload)/(1-S22*Гload).
В учебниках пишут что в таком случае нужно чертить кольца стабильности и тд…

Стоит ли заморачиватся  если это не мшу а обычный каскад?

И вопрос по Smith chart: когда мы вписываем импеданс именно источника( то есть точка из которой мы начинаем движение) нужно ли менять знак его перед мнимой частью? 

P.S. данный усилитель чисто УЧЕБНЫЙ вариант
Буду благодарен за дельный совет или просто мнение.
С уважением Павел.

Оффлайн ua3ahm

  • Очный чемпионат
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 936
  • Репутация: +86/-17
Re: Согласующие цепи
« Ответ #1 : 06 Январь 2015, 19:39:54 »
Павел,я далёк от столь глубокой теории,но по практике считаю,что менять знак мнимой части никак нельзя,поскольку это заметно изменит значения LC элементов согласования.
А чего не понятного с S12? Это затухания на проход в обратном направлении,то есть с выхода четырёхполюсника на вход. Для удобства понимания  пользуйтесь такой картинкой http://ipso.ioso.ru/distance/Lections/Lecture_12/Image712.gif

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Re: Согласующие цепи
« Ответ #2 : 06 Январь 2015, 19:55:17 »
Павел,я далёк от столь глубокой теории,но по практике считаю,что менять знак мнимой части никак нельзя,поскольку это заметно изменит значения LC элементов согласования.


На счет Smith chart я тоже так думаю,  но вот просто иногда говорят, что нужно вводить комплексно сопряженные значения.

А чего не понятного с S12? Это затухания на проход в обратном направлении,то есть с выхода четырёхполюсника на вход. Для удобства понимания  пользуйтесь такой картинкой http://ipso.ioso.ru/distance/Lections/Lecture_12/Image712.gif

А по поводу S12 да, действительно это проход в обратном направлении. Но ведь он судя по формулам будет участвовать в изменении входного коэффициента отражения Гin (или входного импеданса Zin) в соответствии с нагрузкой Гload.

Оффлайн serega_sh____

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 37
  • Репутация: +9/-9
  • Подпись находится в стадии разработки
Re: Согласующие цепи
« Ответ #3 : 06 Январь 2015, 21:04:47 »
Вы делаете расчет на бумажке или в САПРе?
Заморачиваться стоит. ПОсмотрите формулы устойчивости, и этот S12 там очень важен.

Советую изучать СВЧ совместно с нормальным с САПРом. Например с линейным анализом в AWR MWO. Там все эти формулы можно графически выводить и смотреть что к чему будет приводить.

А на сайте NXP куча моделей этого транзистора для разных режимов работы.
http://www.nxp.com/products/rf/transistors/bipolar/high_linearity_amplifiers_high_output_amplifiers_drivers/lt_1_ghz_vhf_uhf_band/BFG591.html#documentation
Вставляйте в этот транзистор САПР и смотрите, что хотите.

Как пример: в процессе обучения можно матрицу S-параметров чуток изменить и удалить эти S12 (поставить нули, в разах или -100дБ в логарифмах) и посмотреть к чему это приведёт. Ну и дальше работать....

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #4 : 06 Январь 2015, 21:35:01 »
В любом случае транзистор рассматривается как четырёх полюсник - то что отразиться от выхода пойдёт на вход , это изменение входного сопротивления .На счёт комплексных величин в сопротивлении - неучитывать их нельзя - это реактивности .Вся суть согласования в том и есть - что если у входа четырёхполюсника есть комплексные составляюшие ( +j положительная реактивность - индуктивных характер , -j отрицательная реактивность - ёмкостный характер) А выход какого либо устройства чисто активный - то необходимо скомпенсировать реактивность Пример - выходное сопротивление устройсва 50+j0 (чисто активное , комплексная часть равна нулю , хотя так редко бывает , но для примера сгодиться ) Входное сопротивление транзистора 50-j25  тогда согласующий элемент должен иметь комплексную часть +j25  то есть индуктивный характер - надо чтобы эта катушка индуктивности обладали такой реактивностью - тогда комплексные величины скомпенсируют друг друга ( в математике это - комплексно сопряжённые числа буква j это просто признак того что реактивность - мнимый комплексный оператор  ).
Согласующие и трансформирующие цепи подробно описаны в книгах времён СССР по радиопередающим устройствам - например автор Шагильдян - "Радиопередающие устройсва". Учился по этим книгам - там всё доходчиво и подробно описано ..... но к этой книге ещё надо почитать книги по математике раздел - "Комплексные числа и операции с ними "   Тогда все вопросы сами собой решаться . Очень полезные знания - усвоив которые станет понятно что такое комплексная огибающая сигнала , комплексный спектр сигнала  итд ....
На счёт САПР - штука очень полезная ,НО в случае если знаете по каким алгоритмам и что она считает . Если не работали ранее с САПР то для начала посчитайте на бумаге и калькуляторе простые согласующие цепи из учебников,расчёты делайте в точке (те на какой то определённой частоте )Просчитали несколько точек далее данные цепей в САПР вводите  и посмотрите что он выдаёт .Насколько сходятся ваши расчёты.
А то выражение преподавателя (по предмету   "Электродинамика и распространение радиоволн" умный был препод ) Кучу мусора дали в программу САПР получили аналогичный мусор что то на выходе - о мы расчтитали , а что расчитали , по каким алгоритмам - это уже не важно , компьютер умный он всё знает... В связи с развитием САПР актуально как никогда .
« Последнее редактирование: 06 Январь 2015, 21:58:26 от Дмитрий Макаров »
N.Novgorod

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Re: Согласующие цепи
« Ответ #5 : 06 Январь 2015, 21:53:09 »
Согласен с Вами на счет САПРа, но до него еще нужно дойти в освоении теории.

Тут вот главный вопрос, который как я думаю, будет интересен многим пользователям нашего форума, а именно на сколько выражения правильные:
Гin=S11
Гout=S22
Тоесть когда мы берем входной импеданс каскада как S11, а выходной как S22, и пренебрегаем S12.

И еще немного по теории: возьмем во внимание S12 то когда мы на диаграмме Смитта начертим кольца стабильности внутри которых модуль Гin и Гout больше 1, что делать далше? Гin и Гout эти параметры должны быть просто  вне этих колец или оны должны как-то лежать на них или на каких то их пересечениях?

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #6 : 06 Январь 2015, 22:11:08 »
Логичный вопрос
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/294605
Думаю ознакомивщись поймёте что к чему  beer
N.Novgorod

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Re: Согласующие цепи
« Ответ #7 : 06 Январь 2015, 22:26:06 »
Логичный вопрос

Вопросов было много, какой из них "логичный" :-\
Перед тем как дойти до расчета реальной согласующей цепи, Вы должны сперва определить точные значения Гin и Гout то есть входной и выходной импедансы каскада(для тех кто не в курсе: Г - это гамма, коэффициент отражения, который после простой математической операции превращается в импеданс). С диаграммой Смитта у меня проблем нет ::)

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #8 : 06 Январь 2015, 22:35:54 »
у вас есть S параметры транзистора ????
Если с теорией вы дружите , то для моделирования вашего усилителя необходимы вышеуказанные параметры . Иначе модель вашего активного элемента - имея её делайте , крутите веритте там что вам хочеться и смотрите на результаты . Единственнное - реальный образец будет оличаться от модели ввиду разбоса параметров - платы , элементов .
« Последнее редактирование: 06 Январь 2015, 22:46:33 от Дмитрий Макаров »
N.Novgorod

Оффлайн serega_sh____

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 37
  • Репутация: +9/-9
  • Подпись находится в стадии разработки
Re: Согласующие цепи
« Ответ #9 : 06 Январь 2015, 22:45:08 »
Я чего то непонял чего хочет ТС. Это Вы делаете урок для всех или вопрос задаете?
 beer
  Про уроки и САПРы немного несогласен. Я думаю так: Если изучаете СВЧ, то самое лучшее это 10МГц...400МГц. Потому, что можно на бумажке, а потом конденсаторы, катушки, шлейфы и резисторы. У нас это называется изучение по "титькам" (диаграмма Смитта).
  Но если, Вы на хотите 1,7ГГц тут уж без САПРов ни как, т.к. рассчитать микрополоски, паразитные составляющие переходных отверстий и выводов на бумажке никак не получится.

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #10 : 06 Январь 2015, 22:47:33 »
Я тоже не вкурил тему .... ???
N.Novgorod

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Re: Согласующие цепи
« Ответ #11 : 06 Январь 2015, 22:53:10 »
у вас есть S параметры транзистора ????
Ну естественно, их полно в инете  ;).

Я чего то непонял чего хочет ТС. Это Вы делаете урок для всех или вопрос задаете?
 
Нее :), я пока что в роли "ученика" и осваиваю теорию но уже многое прошел, меня вот что беспокоит: ???
на сколько выражения правильные:
Гin=S11
Гout=S22
Тоесть когда мы берем входной импеданс каскада как S11, а выходной как S22, и пренебрегаем S12.

И еще немного по теории: возьмем во внимание S12 то когда мы на диаграмме Смитта начертим кольца стабильности внутри которых модуль Гin и Гout больше 1, что делать далше? Гin и Гout эти параметры должны быть просто  вне этих колец или оны должны как-то лежать на них или на каких то их пересечениях?

Ответ точно в тему, продолжите пожалуйста свою мысль :)
В любом случае транзистор рассматривается как четырёх полюсник - то что отразиться от выхода пойдёт на вход , это изменение входного сопротивления .

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #12 : 06 Январь 2015, 23:02:35 »
Так елы палы ..... берите спайсмодель вашего транзистора - в микровэйв её , а далее проводите виртуальные эксперименты с рассогласованной нагрузкой и смотрите как это отражается на входном комплексном сопротивлении - что тут не понятного то .....
Чем больше набарахтаетесь в этом всём - тем лучше - результаты только сохраняйте и обобщите потом - вот и будет вам самообучение !!!
N.Novgorod

Оффлайн wildcat_n

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 22
  • Репутация: +4/-7
  • Подпись находится в стадии разработки
  • QRA: KN98pn
Re: Согласующие цепи
« Ответ #13 : 06 Январь 2015, 23:17:12 »
Так елы палы ..... берите спайсмодель вашего транзистора - в микровэйв её , а далее проводите виртуальные эксперименты с рассогласованной нагрузкой и смотрите как это отражается на входном комплексном сопротивлении - что тут не понятного то .....
Чем больше набарахтаетесь в этом всём - тем лучше - результаты только сохраняйте и обобщите потом - вот и будет вам самообучение !!!

Для того что бы просто на фанарь выбирать произвольную рассогласованную нагрузку и при этом исследовать изменение значения входного импеданса нам AWR не понадобится. Я для этого сделал проект в маткаде (вбил туда все эти формулы с переходами из экспоненциальной формой в обычную) и заметил это изменение, кстати тот же AWR будет работать по тем же формулам. Суть в другом: как выбрать все эти нагрузки по правилам. 

Оффлайн R3TGM Дмитрий

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2228
  • Репутация: +189/-344
  • N.Novgorod R3TGM
Re: Согласующие цепи
« Ответ #14 : 06 Январь 2015, 23:38:30 »
По правилам , так по правилам - в случае для МШУ например определяющим , то есть основным параметром является наименьший коэфициент шума , вносимый активным элементом при усилении сигнала .Так вот в спецификациях на транзисторы приведены параметры входных сопротивлений , при котором шум минимален .То  есть вы должны обеспечить такое сопротивление на входе трансформирующими и согласующими цепями при котором это условие выполняется . Сразу напишу - не обращайте внимание на то что КСВН входа будет иметь значение далеко отличное от 1,2-1,5 .... будет он у вас 3 ну и фиг с ним главное что шум минимален . КСВН выхода - считайте под входной фильтр который после МШУ , вернее входное сопротивление фильтра подгоняйте под выходное сопротивление активного элемента . Втаком случае отражёнка которая пойдёт от выхода на вход будет минимальна, а значит изменение входгного сопротивления тоже минимально , а следовательно и разброс от заявленного коэфициента шума будет минимален .
N.Novgorod