Всем привет. Возник вот какой вопрос. В Microwave office, рассматриваю ПТШ (модель FETN) с проволочками по истоку, стоку и затвору. Порты 50 Ом. Строю график NFMIN в полосе частот (11 ... 13 ГГц). Далее, на вход и выход устройства добавляю согласующие цепи и оптимизирую их параметры на получение NFMIN четырехполюсника. Так вот при определенном наборе значений согласующих элементов на входе получаю коэффициент шума меньше, чем NFMIN для просто ПТШ. Как такое может быть? Получается, что машина просто математической оптимизацией подбирает значения элементов, которые вобщем то не имеют физическоко смысла или как? В качестве согласующих использовал сосредоточенные индуктивности... в дальнейшем планируя перейти на микрополоски, но вот уже столкнулся с не очень понятным моментом. Кто что подскажет?) прошу высказаться...) Заранее, спасибо

Все просто. Коэффициент шума любого четырехполюсника определяется по формуле
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Откуда видно, что занчение к-та шума может быть меньше NFmin только если значение к-та отражения генератора |Гs| больше 1. Пассивными согласующими цепями такого не добиться. Скорей всего у вас в входной СЦ отрицательные элементы, отсюда |Гs| больше 1 и NF<NFmin.

Уточню, т.к. пассивные элементы с отрицательным сопротивлением strelok.nov врядли применял, то усилитель является неустойчивым

В данном случае к устойчивости усилителя |Гs| не имеет никакого отношения, т.к. |Гs|- это коэффициент отражения генератора в 50-омном тракте Гs=(Zs-Z0)/(Zs+Z0), где Zs-сопротивление генератора, Z0=50 Ом. В нашем случае генератор представляет собой 50 Ом+ СЦ. Кроме как отрицательными элементами |Гs|>1 никак не получишь. ИМХО

Извиняюсь, не обратил внимания на индекс s...

Возможно еще одной причиной может быть неправильное указание шумовых параметров в модели...если она самодельная. У самого был случай, когда в модели ПТШ в виде файла touchstoun указали неверные шумовые параметры, в результате чего получили отрицательный NF

Да, Вы правы, это также возможно. Например, если нормированное шумовое сопротивление rN получается отрицательным, мы также можем получить описанный эффект.

Как уже отметил коллега DesNer,такая ситуация возникает при отрицательных значениях емкости, индуктивности и пр...

Соответственно в Микровейв офисе такое возможно, если вы Не задали минимальное и максимальное значение физ. величины в свойствах элемента.
И запустили оптимизацию.

Здравствуйте всем) Очень долго не отвечали, начал разбираться сам) На данный момент вопрос такой. Подобная ситуация с коэффициентом шума возникает только при наличии обратной связи в истоке (индуктивность). В случае, если исток на земле коэффициент шума при любой нагрузке на входе не меньше минимального Кш. Получается, что все только из-за обратной связи? Кстати, как посмотреть коэффициент отражения на входе транзистора при наличиии в схеме цепей согласования? (интересует именно сечение входа тр-ра). Чтобы реально увидеть, что коэффициент отражения больше 1.

To strelok.nov
У вас отсутствуют элементы с отрицательными значениями в цепях согласования?



Предпочтительнее построить окружности устойчивости усилителя по входу и выходу и определить импеданс источника и нагрузки соответствующие устойчивому режиму работы , дальше выполнять преобразование импеданса источника и нагрузки лишь в эти области. Можно расширить эти области введением стабилизирующих резисторов (последовательно с затвором, параллельно стоку...).

В MWO есть такая возможность - с помощью элемента Gamma Probe измерить коэффициент отражения внутри схемы, находится этот хитрый элемент в MeasDevice->Probes->Gamma Probe. Вставляем куда надо, выбираем измерение в Linear->GAM_GP (точно не помню) и смотрим. Но я все-таки бы посоветовал вам проверить модель транзистора.

Элементы с отрицательными значениями в цепях согласования отсутствуют. Использую только сосредоточенные индуктивности (по крайней мере пока так).

Модель транзистора проверял. Там все в порядке по моим представлениям. Касательно шумовых параметров модели FETN там вроде как и не разбежишься особо) Все остальные значения элементов экв. схемы восстановлены по S-параметрам.

Проверил еще раз. Такой фокус с коэффициентом шума выходит только при наличии обратной связи в цепи истока. Если отталкиваться от формулы, по которой MWO считает шум, то это действительно возможно только при наличии коэффициента отражения Гs>1. А вот как это проверить? Кстати, а как это понимать с физической точки зрения? =)

Подскажите, как пользоваться этим интструметом (Gamma Probe)? Четыре порта и как включать в схему. Лучше примеров в MWO. Заранее спасибо.

Вот все что нашел по этому элементу.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Два дополнительных порта - это вроде как ток и напряжение мерить в этой точке. Пользы реальной от них никакой, надо только подключить к ним обычные порты и в самом измерении указать что за номера у этих портов. Впрочем в примере все ясно (прочитайте Design Note), если возникнут вопросы - помогу чем смогу.

C элементом Gamma Probe разобрался. Но Гs>1 так нигде и не увидел. Первоначальный вопрос, почему Кш<Кш мин при определенном согласовании на входе остался нерешенным (((

Тогда может быть сам проект выложите? Если MWO считает по формуле приведенной выше, то исходя из неё могут быть только две причины: 1) Отрицательные элементы в согласующей цепи; 2) Некорректная шумовая модель транзистора. Раз отрицательных элементов нет, то остается только транзистор.

Касательно модели FETN. Где можно почитать о том, каким образом в ней описывается шум? Имеется ввиду как функционально связан коэффициент шума с параметрами модели (TG1, TG2, FN, TD)? В мануалах на импортные приборы значения этих параметров модели FETN не указываются, а хотелось бы увидеть хоть один пример.
Элементы эквивалентной схемы FETN восстановлены по измерениям S-параметров. Указанные выше шумовые (TG1, TG2, FN, TD) взяты по умолчанию. Возможно они некорректны? Сейчас попробую поварьировать этими параметрами. Хотя, используемые по умолчанию параметры, все-таки дают Rn>0 и соответственно, откуда берется шум меньше минимального?
У реального прибора, конечно, шумовые параметры отличны от указанных по умолчанию, но изначально хотелось просто определиться с согласующими цпями в общем виде)
И еще вот какой вопрос. При наличии шумовой матрицы, возвращаясь к восстановлению шумовой модели FETN, в каком реальном диапазоне значений их можно изменять. Иначе говоря вернулся к вопросу в начале поста)))

Проект в студию Самому уже интересно стало, что за мистика там такая!

никакой мистики) проект простейший) убрал все лишнее, оставил только схему и график шума) если индуктивность в истоке занулить, то меньше минимального сделать не получится. а при наличии любой индуктивности при определенной нагрузке получаю, что видите) как формула работает? =))) буду рад за любые советы, объяснения, рекомендации, критику. заранее спасибо)

p.s. MWO 2008

Действительно, что-то странное. Хотя если смотреть NFmin у самого усилителя, то все нормально. Тут надо разобраться что они в MWO имеют в виду под NFmin. По-моему, это минимальный коэф.шума который мы можем достичь у четырехполюсника (не у транзистора), а вот тот NFmin транзистора, наверное, мы должны сами знать. Может я ошибаюсь, но мне кажется надо смотреть NFmin у самого усилителя.

Так ведь в том то и загвоздка, что NFmin я смотрю у транзистора (+проволочки разварки), далее добавляю чисто реактивные элементы и получаю шум четырехполюсника меньше, чем активного элемента. Вся проблема, как мне видится в индуктивности обратной связи в истоке, потому что без неё все вроде объяснимо.
Создается впечатление, что эта индуктивность в истоке что-то добавляет (отрицательное) к минимума шума, что не учитывается в формуле для NFmin в MWO. Пока других соображений нет (

Коэффициент шума NF, это, как я понимаю, характеристика четырехполюсника, то есть схемы с двумя портами. Транзистор без обратной связи и с ней это два разных четырехполюсника, поэтому такое различие в минимальных коэффициентах шума. Если снимать NFmin со всего усилителя, то все получается хорошо.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Сам факт, что NFmin усилителя меньше NFmin активного элемента вызывает, мягко говоря. недоверие. Но MWO показывает, как ни странно, именно так. Может кто-нибудь еще из участников ветки поделится впечатлением?)

Шумовые свойства четырехполюсника характеризуются его шумовой матрицей - t-матрицей (матрица спектральной плотности шумовых волн, как то так). NFmin выражается через эту t-матрицу следующим образом:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Когда мы добавляем к активному четырехполюснику ОС t-матрица пересчитывается, и NFmin, соответственно, становится другим. То есть грубо говоря, транзистор как четырехполюсник с ОС и без ОС, это два разных четырехполюсника с разной шумовой матрицей и с разными шумовыми параметрам.

Здесь я даже не спорю. При добавлении ОС свойства четырехполюсника меняются - меняется шум. Возражений нет. Но мне всегда казалось, что введением любых элементов (в цепь стока, истока или затвора) в лучшем случае можно получить минимальный шум активного элемента (т.е. согласовать на минимум шума), но никак не уменьшить минимальный шум. Это как то нефизично =)
Особенно смущает тот факт, что если это хитрость MWO в пересчете, то как быть мне при разработке МШУ?
Подожду, может кто еще отпишется...

Можно это объяснить и с физической точки зрения - в книге Войшвилло Усилительные устройства есть формула:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Получена эта формула из эквивалентной схемы транзистора, можно там же посмотреть. Вводя обратную связь мы меняем входное сопротивление транзистора, следовательно минимальный коэффициент шума получается меньше. С точки зрения теории четырехполюсников все это получается из шумовой матрицы, только вот я формулы пересчета шумовой матрицы при последовательной ОС пока не нашел. По-моему все логично
А разработка МШУ это не такое уж и простое дело Приходится выбирать - либо низкий шум и низкое усиление и отсутствие согласования, либо наоборот.
Видел программу, которая позволяет исследовать сам транзистор, то есть построить контура постоянных значений на плоскости значений импеданса корректирующей цепи (например, последовательной ОС).

Нормально, нормально все. К сожалению здесь чудес тоже нет, впрочем как и во всей инженерной науке. Добавляя индуктивность в цепь истока, вводя тем самым обратную связь, вы снижаете к-т усиления транзистора, но снижаете и к-т шума, то есть жертвуете одним ради другого, вот вам и качели.
Есть еще один момент. Вы теперь попробуйте сделать идеальную индуктивность в цепи истока без потерь. Не выйдет, тут же появятся потери, которые вам еще и добавят шумов в итоге.

То есть, если я правильно понял, то такой эффект, как уменьшение минимального коэффициента шума при введение ОС, имеет место быть на самом деле. Причину, как указал sp1noza, следует искать в изменении параметров входа транзистора из-за наличия ОС (при представлении транзистора эквивалентной схемой). Бесконечно уменьшить шум не представляется возможным из-за существенного падения усиления при введении индуктивности в цепь истока. Идеальных индуктивностей не бывает, это понятно)))

Иначе говоря, такое поведение минимального коэффициента шума следует признать не ошибочным, а провомерным и можно без смущения продолжить проектирование МШУ (конечно же с целым рядом иных требовний к устройству помимо экстремально маленького коэффициента шума).

Всем спасибо за помощь. Очень признателен всем, кто отметился в этой ветки.

p.s. ушел ваять усилитель в MWO до конечного рабочего варианта в топологии)))