تحقیق رایگان با موضوع شبیه سازی، دو قطبی

?*
?
?b
L
OUT
۱ ? ? ?
L
OUT
ونهایتاً مرکز و شعاع دوایر ?b ثابت از روابط زیر بدست می آید:
(۲-۸-۹)
(
۲
?b
?OUT ?1 ?
CVO ?
۲
? ?
۱ ?
OUT
b
(۲-۸-۱۰)
(
۲
?OUT
?۱??
?b
rVO ?
۲
? ?
۱ ?
OUT
b
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۳۳
. ۲-۹ دایره های عدد نویز ثابت
وجود نویز در تقویت کننده های دوقطبی یک مشکل است. حتی اگر در ورودی سیگنالی وجود نداشته باشد . ولتاژ نویزی در خروجی وجود خواهد داشت . در یک تقویت کننده ، توان نویز خروجی برابر مجموع توان نویز تقویت شده سیگنال ورودی و توان نویز تولید شده توسط خود تقویت کننده است .
حساسیت یک سیستم آشکارساز با نسبت سیگنال به نویز آن تعیین می شود . بطور کلی ، دو منبع اساسی برای وجود دارد :
۱. نویز حرارتی . نویز حرارتی که نویز جانسون۱ نیز نامیده می شود ، نوسانکاملاً تصادفی حرکت الکترونها در یک هادی است که با یک تحریک حرارتی ایجاد می شود . در حالتی که مقاومت نویز با مقاومت بار برابر باشد ، مقدار ولتاژ حرارتی در دمای T و پهنای باند B ، با
رابطه زیر داده می شود.
(۲-۹-۱)
??۴KTBRn
Vn 2
که در آن K ? 1.38 ×۱۰ ?۲۳ J / °K
، ثابت بولتزمن است .
T ، دمای مطلق ، بر حسب درجه کلوین
B ، پهنای باند نویز بر حسب هرتز Rn ، مقاومت نویز ، بر حسب اهم
بطور مشابه ، مقدار موثر جریان حرارتی برابر است با :
I n 2 ? 4KTBG (۲-۹-۲)
که در آن G ، هدایت نویز است . حداکثر توان قابل دسترسی نویز از یک مقاومت Rn را می توان بصورت زیر نوشت :
(۲-۹-۳)
این توزیع نویز معمول سفید نامیده می شود .
Pn max ? Vn 2 ? KTBR
۴Rn
۲. نویز ضربه ای. ۲ نویز ضربهای که نویز شاتکی نیز نامیده می شود ، نوسانی است که در اثر جریان حاملها بوجود می آید و به علت طبیعت گسسته جریان الکترونها ، در تمام قطعات اکتیو وجود دارد . مقدار موثر جریان نویز ضربه ای با رابطه زیر بیان می شود .
Johnson noise Shot noise
۱
۲
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۳۴
(۳-۸-۴)
I sn 2 ? 2eI dc B
که در آن
g ?1.60 ×۱۰?۱۹ C بار الکترون است .
Idc ،جریان مستقیم گذرنده از قطعه
B ، پهنای باند بر حسب هرتز
باید در نظر داشت که مقدار توان نویز ، صرفنظر از فرکانس مرکزی فقط به پهنای باند بستگی دارد.
چنین توزیعی از نویز که در هر واحد از پهنای باند طیف دارای مقدار ثابتی است ، نویز سفید نامیده می شود .
ملاحظه عدد نویز در طراحی تقویت کننده مایکروویو بسیار مهم است . عدد نویز بصورت نسبت سیگنال به نویز در خروجی تعریف می شود . یعنی :
Sin No
Ni
Si

?
F ?
(۳-۸-۵)
So No
No
So
شکل ۳-۸-۱ یک شبکه نویزی با مشخصه نویز ورودی و خروجی رانشان می دهد .
شکل ۳-۸-۱ شبکه با مشخصه نویز
G :گین شبکه
: B پهنای باند
: Te دمای معادل نویز
(۳-۸-۲۰)
kGB(TO ?Te ) ?1 ? Te ?1
GSi TO
Si
Ni
Si
?
?
F ?
kT B
So
O
No
عدد نویز به شبکه تطبیق در ورودی و منبع نویز که ناشی از مقاومت اهمی در دمای T=290K است وابستگی دارد .
است .
Te ? (T1 ?1)T0
۳۵
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
( ۲-۹-۲۱)
عدد نویز و دمای معادل نویز قابل تبدیل به یکدیگر هستند .
بررسی یک خط انتقال که دارای تلفات است یا یک تضعیف کننده با اتلافL و دمای معادل T وبا
احتساب اینکه سیستم ورودی است در دمای تعادلی Ni=N0
شکل ۲-۹-۲ خط انتقال با مشخصه تضعیف
(۲-۹-۲۲)
kTB ? (L ?1)kTB
۱ ?G
Naddid ?
G
Naddid که آن نویز تولید شده بوسیله خط انتقال وG=1/L می باشد.
(۲-۹-۲۳)
T ? (L ?1)T
۱ ?G
?
N addis
Te ?
G
kB
(۲-۹-۲۴)
T
?۱??(L??1)
Te
F ?1 ?
To
To
اگر خط انتقال در دمای T0 باشد در نتیجه F=L است. در مرحله اگر ۱۰dB تضعیف در دمای اتاق وجود داشته باشد عدد نویز ۱۰dB می باشد.
عدد نویز در سیستم های چند طبقه پشت سرهم ؛ با ملاحظه اجزای شبکه دو طبقه که در شکل
۲-۹-۳ نشان داده شده است :
شکل ۲-۹-۳ اجزای شبکه دو طبقه
:G1 ;G2 گین
: F1 ; F2 عدد نویز
: Te1 ;Te2 دمای معادل نویز
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۳۶
N1 ? G1kTo B ?G1kTe1B
که آن توان معادل نویز در خروجی طبقه دوم می باشد .
N0 ? G2 N1 ?G2 kTe2 B ??G2G1kTo?B??G2G1kTe1B??G2kTe2?B
??G2G1kB(To??Te1???1?Te2?)
G1
ما شبکه فوق را در شکل ۲-۹-۴ مدل می نمائیم .
شکل ۲-۹-۴ مدار معادل شبکه دو طبقه
No ? G1G2 kTo B ? G1G2 kTe,cascaded ? G1G2 kB(To ?Te,cascaded )
بنابراین ما از رابطه فوق بدست می آوریم :
Te,cascaded ? Te1 ? 1 Te2
G1
Te2
۱
?
Te1
?۱??
Te
F ?1 ?
T
G
T
T
o
۱
o
o
?۱??(F1??1)???1?(F2??1)
G1
??F1???1?(F2??1)
G1
برای شبکه های چند طبقه می توانیم برای بدست آوردن عدد نویز از رابطه زیر استفاده کنیم:
?…
Te3
?
Te2
?
??T
T
(۲-۹-۲۵)
G1G2
G1
e1
cascaded
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۳۷
(۲-۹-۲۶)
?…
F3 ?1
?
F2 ?1
Fcascaded ? F1 ?
G1G2
G1
بعنوان مثال در یک گیرنده محلی پهنای باند فیلتر در فرکانس میانی ۲.۴GHz به میزان ۱۰۰MHz
می باشد با فرض اینکه سیستم در دمای اتاق می باشد ، عدد نویز کلی سیتم را با فرض اینکه توان سیگنال ورودی -۹۰dBm باشد بصورت زیر محاسبه می گردد:
شکل ۲-۹-۵ سیستم گیرنده محلی
?۱.۴۱???(۱.۵۸??۱)(۱.۴۱)???(۱.۴۱) /۱۰
F3 ?1
?
F2 ?1
??F??
F
G1G2
G1
۱
cas
??۲.۳۱???۳.۶۴dB
اگر :
Pin ? ?90dBm Piout ? ?90dBm ?1.5dB ?10dB ? 20dB ? ?61.5dBm
توان نویز خروجی برابر است با :
Pn ? Gcas kTe,cas B ? k(Fcas ?1)To BGcas
??(۱.۳۸?×۱۰?۲۳?)(۲.۳۱?۱)(۲۹۰)(۱۰۸?)(۱۰۲.۸۵۱۰?)???۳.۷۱×۱۰?۱۰W????64.3dBm
بنابراین نسبت سیگنال به نویز خروجی برابر است با :
SO NO ? ?61.5 ?64.3 ? 2.8dB
اگر ترکیب اجزا شبکه را به فرم شکل ۲-۹-۶ استفاده کنیم عدد نویز بدست آمده برابر است با :
yo ? go ? jbo
ys ? gs ? jbs
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ ۳۸
IL = 1.5 dB
G = 10 dB
G = 20 dB
BW = 100 MHz
F = 2 dB
F = 2 dB
شکل ۲-۹-۶ اجزاء ترکیبی شبکه با نویز پایین
بنابراین عدد نویز بدست آمده برابر است با :
?۱.۵۸۶???۲.۰dB
(۱.۴۱ ?۱)
?
(۱.۵۸ ?۱)
F ?1.58 ?
۱۰۰۰
۱۰۰
cas
بنابراین با مقایسه بین عدد نویز بدست آمده با عدد قبلی در می یابیم که ترکیب بکار گرفته شده با عدد نویز کمتر در ورودی نتیجه بهتری در مهار نویز دارد.
عدد نویز یک تقویت کننده دو قطبی مایکروویو با رابطه زیر داده می شود .
۲
o
? y
S
y
rn
F ? F ?
gn
min
(۲-۹-۲۷)
۲
)۲ ? (b ? b )2
o
? g
s
(g
rn
??F????
so
gn
min
که در آن Fmin ، حداقل عدد نویز ، از فرکانس و جریان کار است .
rn ? Rn مقاومت نرمالیزه نویز دو قطبی است .
Z0
ادمیتانس نرمالیزه منبع است .
ادمیتانس نرمالیزه بهینه منبع است که حداقل عدد نویز را بدست می دهد .
ادمیتانس نرمالیته منبع را می توان بر حسب ضریب انعکاس منبع ?s بصورت زیر نوشت .
ys ? 1 ? ?s (۲-۹-۲۸)
۱ ? ?
s
بطور مشابه ادمیتانس نرمالیزه منبع را می توان بصورت زیر بیان نمود .
y0 ? 1 ? ?o (۲-۹-۲۹)
۱ ? ?
o
که در آن ?o برابر ضریب انعکاس بهینه بصورت زیر بیان نمود .
که در آن ?o برابر ضریب انعکاس بهینه منبع است که حداقل عدد نویز را بدست می دهد.
طراحی و شبیه سازی LNA متعادل باند X با استفاده از کوپلر لانژ
۳۹
با جایگذاری معادلات (۲-۹-۲۸) و (۲-۹-۲۹) در معادله (۲-۹-۲۷) ، معادله عدد نویز بصورت زیر بدست می آید .
(۲-۹-۳۰)
?s ? ?o
۴rn
F ? Fmin ?
۲
۲ )۱ ? ?
?
(۱ ?
مقاومت rn را می توان با اندازه گیری F در
o
s
?s ? 0 با استفاده از مقاومت منبع
۵۰?تعیین نمود .
(۲-۹-۳۱)
۲
۱ ? ?
o
rn ? (F?s ?0 ? Fmin

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید