S-параметры для RD00HVS1, Странные значения Опции

[Alex999]

Добрый вечер всем. Возникла необходимость расчитать каскад на транзисторе RD00HVS1 на частоту 100МГц. С сайта производителя забрал файл с S-параметрами, сделал импорт в Smith Chart. И получается, что при экспорте S11 в диаграмму Смита, точка указывающая на входной импеданс транзистора на частоте 100МГц, лежит за пределами диаграммы, и ее комплексное сопротивление равно -2.305 - j174.75 Ом. Смотрю в даташит, там параметр S11 для указанной частоты равен 1.004 и -35.2. Но ведь по идее целая часть не может быть больше единицы, и получается что на данной частоте у транзистора отрицательное входное сопротивление? В одной из тем форума было сказано про отрицательное сопротивление, это означает что на данных частотах транзистор работать как усилитель не будет, и каскад будет срываться в генерацию? или я что-то недопонимаю?
С уважением, ко всем.

[grandrei]

Добрый вечер всем. Возникла необходимость расчитать каскад на транзисторе RD00HVS1 на частоту 100МГц. С сайта производителя забрал файл с S-параметрами, сделал импорт в Smith Chart. И получается, что при экспорте S11 в диаграмму Смита, точка указывающая на входной импеданс транзистора на частоте 100МГц, лежит за пределами диаграммы, и ее комплексное сопротивление равно -2.305 - j174.75 Ом. Смотрю в даташит, там параметр S11 для указанной частоты равен 1.004 и -35.2. Но ведь по идее целая часть не может быть больше единицы, и получается что на данной частоте у транзистора отрицательное входное сопротивление? В одной из тем форума было сказано про отрицательное сопротивление, это означает что на данных частотах транзистор работать как усилитель не будет, и каскад будет срываться в генерацию? или я что-то недопонимаю?
С уважением, ко всем.

Это промерян непосредственно транзистор и, естественно, у него есть зоны потенциальной неустойчивости, где k-фактор трназистора будет меньше единицы. Но транзистор с внешними цепями - это уже несколько другое и будет характеризоваться k-фактором цепи, где уже учитываются внешние нагрузки. Поэтому, при проектировании схемы надо просто учесть эту особенность транзистора и постараться внешними цепями (либо резисторами, либо специальными LC-контурами) устранить эту неприятность. Хуже когда эта неустойчивость попадает в область ваших рабочих частот, тогда точно придется слегка пожертвовать усилением (тем более, что на достаточно низких частотах оно весьма большое) в пользу стабильности за счет внесения резистивных потерь.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 1 2008, 17:15

[eugene1]

Это промерян непосредственно транзистор и, естественно, у него есть зоны потенциальной неустойчивости, где k-фактор трназистора будет меньше единицы. Но транзистор с внешними цепями - это уже несколько другое и будет характеризоваться k-фактором цепи, где уже учитываются внешние нагрузки. Поэтому, при проектировании схемы надо просто учесть эту особенность транзистора и постараться внешними цепями (либо резисторами, либо специальными LC-контурами) устранить эту неприятность. Хуже когда эта неустойчивость попадает в область ваших рабочих частот, тогда точно придется слегка пожертвовать усилением (тем более, что на достаточно низких частотах оно весьма большое) в пользу стабильности за счет внесения резистивных потерь.

Всё правильно. Если такие параметры в рабочей полосе, то усилитель с такими параметрами навряд ли можно построить. На этих частотах могут возникнуть проблемы со стабильностью. Но надо помнить, что есть два условия генерации - балланс фаз и балланс амплитуд, при несоблюдении хотя бы одного из этих условий генерации не будет. Всё будет определяться нагрузкой. В пакетах анализа надо учитывать не только коэффициенты устойчивости Mu1,Mu2 (k-фактор считается устаревшим), а также окружности устойчивости (Stability circles).

[Alex999]

Мда... по той же самой диаграмме Смита получается что необходимо в цепь затвора ставить последовательно резистор, чтобы согласовать данный каскад с 50-омным источником сигнала? Конечно не только резистор, но он получается основным для приведения вещественной части к нужному значению. я мыслю в верном направлении?

[serges]

импорт в Smith Chart.

А корректно ли сделан импорт? Попробуйте в к-либо другой программе.

[Alex999]

Насколько я понимаю да, потому что вручную данный параметр программа даже не захотела воспринимать, говоря что значение не может быть больше 1.

[grandrei]

Ничего удивительного и страшного нет, что активная часть входхого импеданса отрицательная. Более того, надо проследить, чтобы она не стала более отрицательной при подключении на выходе реактивных цепей. У этого транзистора уже на 175 МГц коэффициент усиления мощности составляет более 20 дБ, а оценить его изменение по частоте можно по простой идеализированной формуле Gp = (fТ/f)^2. Так что нужно на входе либо последовательно включить сопротивление более 2.5 Ом или параллельно несколько десятков ом. Ну а затем проследить за стабильностью во всей цепи. Конечно, наиболее идеальным являлось бы моделирование с использованием модели транзистора на большом сигнале, тогда тот же k-фактор даст вам ответ. Он не устаревший, и исторически был выведен на базе Y-параметров и с некоторым запасом показывает на то выполняются ли условия возбуждения автоколебаний на основе рассмотрения активной и реактивной составляющих входного адмиттанса, что эквивалентно условию баланса амплитуд и фаз. Другое дело, что это малосигнальный критерий и не все ситуации, соответствующие режиму большого сигнала как-то параметрическое возбуждение, учтены в обычных программах моделирования, где автоматически используются только малосигнальные параметры. В многокаскадных усилителях надо также промерить активные составлящие входного сопротивления каждого транзистора на предмет отрицательности. Что касается окружностей стабильности на диаграмме Смита, то это просто визуализированное представление стабильности, в отличие от аналитического, но сущность та же, только основано в данном случае на S-параметрах, когда транзистор рассматривается как черный ящик и характеризуется внешними проявлениями, как-то отраженной и падающей волнами на входе и выходе. Это то же самое как моделировать согласующие цепи с помощью точных аналитических выражений или с использованием диаграммы Смита, разница только в способе определения: кому какой больше нравится.

А вот что касается расчета входного сопротивления, то схемотехнически его можно с определенной точностью представить как последовательное соединение резистора и емкости (нужно также учесть индуктивность вывода): емкость дана в паспортных данных - это Ciss + Crss, а сопротивление можно рассчитать по S-параметрам, взятым на тех частотах, где активная составлящая входного сопротивление далека от отрицательного, или промерить на измерителе импедансов.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 2 2008, 10:55

[Alex999]

Спасибо, буду моделировать и пробовать в железе. Если будут вопросы, то надеюсь на Вашу помощь.

[grandrei]

Спасибо, буду моделировать и пробовать в железе. Если будут вопросы, то надеюсь на Вашу помощь.

Всегда рад помочь, но мне кажется тут у вас не должно быть больших проблем, так как и частота, и мощность невысокие, и с полевыми транзисторами проще работать, особенно в плане обеспечения смещения и входного согласования. Другое дело, если вам надо получить высокое КПД, хотя и это не так сложно. Вот, например, в привязанной статье можете найти результаты на аналогичном, но более мощном транзисторе в широком частотном диапазоне.

Прикрепленные файлы

 MTT_2008.pdf ( 774.78 килобайт ) Кол-во скачиваний: 170

 

[oles_k76]

Всегда рад помочь, но мне кажется тут у вас не должно быть больших проблем, так как и частота, и мощность невысокие, и с полевыми транзисторами проще работать, особенно в плане обеспечения смещения и входного согласования. Другое дело, если вам надо получить высокое КПД, хотя и это не так сложно. Вот, например, в привязанной статье можете найти результаты на аналогичном, но более мощном транзисторе в широком частотном диапазоне.

А как быть с согласованием в режиме большого сигнала? Я как раз над этим бьюсь- с малым сигналом
совпадение с расчетом очень хорошее а когда добиваюсь мощности приходится подстраивать?

[grandrei]

А как быть с согласованием в режиме большого сигнала? Я как раз над этим бьюсь- с малым сигналом
совпадение с расчетом очень хорошее а когда добиваюсь мощности приходится подстраивать?

По входным цепям разница не столь велика. Например, для вышеуказанного транзистора все емкости (а это обычно емкости переходов с плавным или резким профилем) меняются в зависимости от приложенного смещения (соответствует малому сигналу) не более, чем на 30-40%, а интегральное значение при большом сигнале будет меньше. Поэтому, при большом сигнале надо брать среднее значение. А резистивное сопротивление затвора слабо зависит от приложенного напряжения. У биполярного транзистора эквивалентная схема входной цепи может быть представлена последовательным соединением относительно постоянного базового резистора и индуктивности вывода, так как дифференциальная емкость базы, шунтирующая переход база-емиттер, очень велика и представляет собой весьма малое сопротивление даже на относительно низких частотах. Выходное же сопротивление источника тока по первой гармонике зависит от напряжения питания и режима работы (класса), и его можно оценить по простым формулам. Конечно, надо учитывать внутренние паразитные элементы, которые некоторым образом трансформируют внутренние импедансы относительно внешних входа или выхода, особенно если это корпусной транзистор. Но надо иметь ввиду, что у биполярного транзистора очень сильный эффект на вход со стороны выхода через достаточно большую емкость коллекторного перехода, в отличие от полевого транзистора.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 2 2008, 14:34

[Isomorphic]

По входным цепям разница не столь велика. Например, для вышеуказанного транзистора все емкости (а это обычно емкости переходов с плавным или резким профилем) меняются в зависимости от приложенного смещения (соответствует малому сигналу) не более, чем на 30-40%, а интегральное значение при большом сигнале будет меньше. Поэтому, при большом сигнале надо брать среднее значение. А резистивное сопротивление затвора слабо зависит от приложенного напряжения. У биполярного транзистора эквивалентная схема входной цепи может быть представлена последовательным соединением относительно постоянного базового резистора и индуктивности вывода, так как дифференциальная емкость базы, шунтирующая переход база-емиттер, очень велика и представляет собой весьма малое сопротивление даже на относительно низких частотах. Выходное же сопротивление источника тока по первой гармонике зависит от напряжения питания и режима работы (класса), и его можно оценить по простым формулам. Конечно, надо учитывать внутренние паразитные элементы, которые некоторым образом трансформируют внутренние импедансы относительно внешних входа или выхода, особенно если это корпусной транзистор. Но надо иметь ввиду, что у биполярного транзистора очень сильный эффект на вход со стороны выхода через достаточно большую емкость коллекторного перехода, в отличие от полевого транзистора.

А вот интересно. Раз усилители в широкополосном классе Е такие замечательные, с большим КПД и широкой полосой, почему же они практически не встречаются в зарубежных радиостанциях? Везде стандартно, куда не залезь - класс АВ с КПД 35-40%. Статьи про УМ с wideband class Е пишут чуть ли не с начала 90-х годов, а в серийных радиостанциях Motorola, I-COM, Vertex (2001-2007) г - по-прежнему выходные усилители в классе АВ. В чем тут засада?

Сообщение отредактировал Isomorphic - Jul 3 2008, 07:21

[Alex999]

Статьи про УМ с wideband class Е пишут чуть ли не с начала 90-х годов, а в серийных радиостанциях Motorola, I-COM, Vertex (2001-2007) г - по-прежнему выходные усилители в классе АВ. В чем тут засада?
[/quote]

Сколько я это железо внутри смотрел и изучал (Motorola, ICOM, Vertex и Kenwood) начиная с середины 90-х, усилители в классе АВ встречаются только в КВ и УКВ трансиверах, где в числе видов модуляции есть SSB. Если станция расчитана только на ЧМ, то ставят обычно готовые 50-омные усилительные сборки. Раньше это были Motorola, Sanyo, изредка Тoshiba попадалась. Ну а потом все очень дружно пересели на модули от Митсубиси по причине их гораздо большей надежности.

[TheMad]

Так эти сборки и работают в режиме AB, часть их позволяет регулировать напряжение смещения а следовательно ток покоя.
Может я отстал от жизни и уже есть сборки, работающие в режиме Е?

[Isomorphic]

Так эти сборки и работают в режиме AB, часть их позволяет регулировать напряжение смещения а следовательно ток покоя.
Может я отстал от жизни и уже есть сборки, работающие в режиме Е?

В свободной продаже таких сборок нет и не было.