Vysokofrekvenční obvody s aktivními prvky Základními aktivními prvky ve vysokofrekvenční technice jsou bipolární a unipolární tranzistory. Dalšími aktivními prvky jsou hybridní nebo monolitické integrované obvody.

Tranzistory – základní dělení Bipolární (BJT - B-báze, E-emitor, C-kolektor) Unipolární (FET – G-(gate)báze, S-(source) D-(drain)kolektor Polovodičový substrát - křemík (Si) - Galium Arsenid (GaAs), (GaN)

Technologie – MOSFET, MESFET, HEMT Úroveň signálu – nízkošumové, pro malé signály, výkonové Modely tranzistoru pro návrh obvodů Linearizovaný dvojbran (pro malé signály) Fyzikální model tranzistoru (pro nelinární obvody)

Tranzistor jako linearizovaný dvojbran

vstupní admitance při výstupu nakrátko zpětnovazební admitance při vstupu nakrátko přenosová admitance při výstupu nakrátko výstupní admitance při vstupu nakrátko

Rozptylové parametry tranzistoru

vstupní napěťový činitel odrazu při vložné napěťové zesílení ve zpětném směru při vložné napěťové zesílení v přímém směru při výstupní napěťový činitel odrazu při

Rozptylové parametry tranzistoru jsou bezrozměrná komplexní čísla závislá na pracovním bodě tranzistoru, kmitočtu, teplotě a na charakteristické impedanci vedení. Obvykle Parametry a jsou činitelé odrazu a jako takové je lze zakreslit do Smithova diagramu. Jejich modul nabývá hodnot v rozmezí 0 až 1.

Modul parametru bývá menší než 0,1. Modul parametru bývá větší než 1 (do cca 30). Výrobci udávají rozptylové parametry tranzistorů buď v tabulkové formě nebo graficky.

Fyzikální vf model bipolárního tranzistoru Ebers-Mollův Giacolettův

Mezní kmitočty tranzistoru

Zesilovače (úzkopásmové)

Náhradní obvod pro výpočet

Vstupní admitance zesilovače

Výstupní admitance zesilovače V rovině s pro činitele odrazu generátoru a zátěže

Napěťové zesílení Proudové zesílení

Výkonové zesílení

Provozní výkonové zesílení je poměr činného výkonu dodávaného do zátěže (nemusí být přizpůsobena) a činného výkonu dodávaného generátorem do vstupu tranzistoru za podmínky výkonového přizpůsobení, kdy platí

Dosažitelné výkonové zesílení je poměr činného dosažitelného výkonu , který je tranzistor schopen dodat do přizpůsobené zátěže a činného dosažitelného výkonu , který je generátor schopen dodat do přizpůsobeného vstupu tranzistoru. Vstup tranzistoru nemusí být přizpůsoben. Obecně platí, že dosažitelný výkon zdroje nezávisí na zátěži (vstupní admitanci tranzistoru) a je funkcí pouze parametrů zdroje.

Maximální dosažitelné výkonové zesílení je poměr činného výkonu dodávaného do zátěže za podmínky výkonového přizpůsobení a činného výkonu dodávaného generátorem do vstupu tranzistoru také za podmínky výkonového přizpůsobení. Definice platí pro absolutně stabilní zesilovač.

Absolutní stabilita zesilovače –imitanční kritérium Pro všechny pasivní admitance na vstupu a výstupu Jinak je zesilovač potenciálně nestabilní

Rolletův činitel stability absolutně stabilní potenciálně nestabilní

Analýza zesilovače (obecná)

kde

Podmínka pro vznik oscilací regenerační úhel regenerační činitel zesilovače

Nejhorší případ regenerační činitel tranzistoru

(3 až 20) Při velkých hodnotách činitele stability vychází malá hodnota regeneračního činitele , kterou zajistíme zvýšením hodnoty součinu , tj. větším zatížením vstupu a (nebo) výstupu tranzistoru. V takovém případě je sice zaručen stabilní režim, avšak za cenu malého zesílení zesilovače.

Naopak při malých hodnotách činitele stability má regenerační činitel větší hodnotu a vstup resp. výstup tranzistoru nemusí být tolik zatížen připojenými vodivostmi. Zesilovač může dosáhnout dostatečného zesílení, avšak je náchylný k nestabilitě.

Návrh linearizovaného zesilovače při popisu rozptylovými parametry

Dosažitelný provozní zisk Vstupní a výstupní činitel odrazu a

Rollettův činitel stability

Zesilovač je nepodmíněně stabilní, je-li Tato podmínka je ekvivalentní a

Agilent ATF-55143 - nízko šumový, pseudomorphic HEMT VDS = 2 V, ID = 10 mA

Pro maximální provozní zisk lze také odvodit Pro K = 1 je tento zisk maximální Pro nepodmíněně stabilní tranzistor lze definovat dosažitelný zisk

je-li vstupní a výstupní činitel odrazu Tímto způsobem lze stanovit konkrétní zesílení na daném kmitočtu, je-li tranzistor absolutně stabilní (!) (to je ale jenom málo kdy). Mnohem praktičtější je následující postup. V rovnici pro GT položíme , což prakticky znamená, že jsme zanedbali vnitřní zpětnou vazbu v tranzistoru. Při výpočtu zesílení tím nevznikne velká chyba ale stabilitu musíme vyšetřit jiným způsobem.

Provozní zisk unilateralizovaného zesilovače potom je a Rovnici pro GTU můžeme potom napsat

v které

Při výkonovém přizpůsobení na vstupu a výstupu

Velikost chyby, která vznikne položením lze stanovit ze vztahu kde

Imitanční kriterium stability │Γ│ = 1

V obou rovinách činitele odrazu (v rovině zátěže a v rovině generátoru) lze nalézt přesně vymezené oblasti činitele odrazu zátěže (generátoru), při nichž na opačné bráně bude mít vstupní (výstupní) činitel odrazu velikost větší než jedna, což odpovídá imitanci se zápornou reálnou složkou (záporný odpor nebo vodivost) a je příčinou potenciální nestability. Z principu je touto hraniční křivkou opět kružnice. V rovině zátěže jsou souřadnice středu a poloměr kružnice stability

Kružnice odpovídá právě

Podobně v rovině generátoru – souřadnice středu a poloměr kružnice stability

Kružníce nyní odpovídá

Rovnice pro GTU v tomto tvaru nám umožňují velmi efektivně počítat příspěvek zisku plynoucí z přizpůsobení na vstupu a na výstupu. Vrstevnice jsou opět kružnice a spolu s kružnicí stability vymezují oblast optimálních imitancí zátěže a generátoru.

Šumový činitel [W, J.K-1, K, Hz]

Šumové číslo Kaskádně řazené linearizované dvojbrany

Šumový činitel rf atenuátoru RF atenuátor je dvojbran sestávající pouze z rezistorů. Je-li výkonový přenos atenuátoru AF (při výkonovém přizpůsobení na vstupu i výstupu atenuátoru), je šumový činitel atenuátoru

Šumové přizpůsobení

Šumová šířka pásma