10 практических рекомендаций по проектированию малошумящих усилителей

Основная функция конструкции малошумящего усилителя – усиливать сигналы малой мощности. В электронном микрофоне сообщение может быть либо напряжением, либо током, переменным относительно. Время. Как и все усилители, малошумящий усилитель также представляет собой двухпортовую схему. Он потребляет электроэнергию для увеличения амплитуды входного сигнала. Это приводит к более высокому пропорциональному выходному сигналу.

В этой статье обсуждаются десять практических соображений, которые следует учитывать при проектировании МШУ.

Конструкция усилителя с низким уровнем шума. Коэффициент низкого уровня шума обеспечивает лучшую производительность МШУ.

Малошумящие усилители являются жизненно важными компонентами некоторых устройств. Некоторые из них — радиосвязь, медицинские инструменты и электронные испытательные машины.

Типичный малошумящий усилитель может обеспечить коэффициент усиления мощности 100 (+20 децибел). Одновременно он может снизить отношение сигнал/шум до 3 дБ (менее чем в два раза). Сигналы, значительно превышающие уровень шума, могут вызывать интермодуляционные искажения.

Компоненты цепи сигнала ухудшают отношение сигнал/шум <и>  (SNR), коэффициент шума относится к этому ухудшению. Это числовое значение, которое определяет производительность усилителя. Более низкие значения коэффициента шума означают лучшие результаты от малошумящего усилителя. В децибелах коэффициент шума равен коэффициенту шума.

Конструкция малошумящего усилителя. Для расчета коэффициента усиления усилителя нужны три параметра.

Отличительной особенностью схемы усилителя является более существенный, чем единичный коэффициент усиления по мощности. Проще говоря, коэффициент усиления усилителя — это отношение его выходной мощности к входной. Усилитель с низким уровнем шума (LNA) уменьшает дополнительный шум, который является побочным эффектом использования динамиков. Чтобы достичь этого, проектировщики должны учесть несколько моментов при разработке своих печатных плат/схем. Некоторые из них включают в себя выбор малошумящих компонентов и согласование импеданса.

Для расчета коэффициента усиления усилителя вам понадобятся значения 3-х параметров. Параметры:

1. Коэффициент усиления преобразователя

Это указывает на преимущества усилителя вместо использования источника для прямого привода той же нагрузки. Часто малошумящий усилитель сопряжен с причиной. В этом случае коэффициент усиления мощности преобразователя будет таким же, как коэффициент усиления рабочей мощности.

2. Прирост рабочей мощности

В двухпортовой сети мощность рассеивается в нагрузку. Отношение этой рассеиваемой мощности к входной мощности является коэффициентом усиления рабочей мощности.

3. Максимально доступная мощность/усиление (MAG)

PLM=Максимальная доступная средняя мощность при нагрузке (на выходе).

PSM=Самая высокая мощность доступна в источнике.

MAG — это соотношение PLM и PSM.

Значение этих параметров зависит от многих факторов, таких как нагрузка, вход, выход и источник. Коэффициент отражения и S-параметры также необходимы для получения приведенных выше значений.

Фон линии передачи

Линия передачи представляет собой проводящую среду, по которой сигналы передаются на огромные расстояния. Потеря или искажение являются наименьшими (часто незначительными).

Учитывайте импеданс нагрузки ZL и импеданс источника ZS. Напряжение (или мощность) представляет собой сумму падающей и отраженной волн. Они движутся в противоположных направлениях по линии характеристического сопротивления передачи (Z0).

Если ZL не равно Z0, нагрузка отражает часть падающих волн в сторону источника. Процесс продолжается как бесконечный цикл в линиях передачи без потерь.

Коэффициент отражения в случае идеального совпадения импедансов равен нулю

Коэффициент отражения представляет собой отношение падающей волны к отраженной. Учет равен нулю, когда импеданс нагрузки равен характеристическому импедансу. Это комплексное число с величиной и углом в полярной форме.

Если разница между двумя импедансами огромна, мы можем ожидать большую степень отражения. Отражение пропорционально коэффициенту отражения в малошумящем усилителе.

Соответствующие коэффициенты отражения в радиочастотной сети

Коэффициент отражения источника и коэффициент отражения нагрузки — термины, используемые в радиочастотных сетях. Они такие же, как импеданс источника и нагрузки для малошумящих усилителей. .

На графиках волнового потока можно представить падающие и отраженные волны. Постройте потоковую диаграмму, используя линейные отношения в сетевых переменных. Это обеспечивает быстрое построение передаточной функции между двумя точками сети.

Узлы на потоковом графе представляют разные переменные. Независимые переменные связаны с зависимыми разными путями. Значение усиления присоединяется к функции пути, оно зависит от коэффициента отражения соответствующих переменных.

Можно классифицировать МШУ по его S-параметрам

S-параметры или параметры рассеяния необходимы в малошумящих конструкциях усилителей. Они описывают линейные характеристики сети под действием электрических сигналов.

Соответствующие нагрузки известны тем, что изучают S-параметры. Основная причина — простота использования для высоких частот сигнала. Современные векторные анализаторы цепей вычисляют амплитуду и фазу волновых векторов.

Вы можете выразить электрические свойства нескольких бортовых компонентов с помощью S-параметров. Компоненты могут включать:

1. резисторы

2. катушки индуктивности

3. конденсаторы

Параметры могут отображать такие характеристики, как усиление, обратные потери, КСВ, коэффициент отражения или стабильность. Знание матричной алгебры необходимо для понимания S-параметров. Параметры подчиняются этим законам алгебры.

Используйте MAG в качестве критерия предварительного отбора для двухпортовых LNA.

MAG указывает на максимальное теоретическое усиление мощности, которое вы можете получить от устройства. Нагрузки источника и импеданса сопряжены. MAG является важным свойством для 2-портовых ВЧ-усилителей. Обратная передача нулевая. Правильное определение смотрите выше.

В двухпортовой сети MAG может показать доступные уровни усиления малошумящего усилителя. Таким образом, мы можем оценить, подходит ли МШУ для поставленной задачи. Именно поэтому MAG является основным критерием отбора радиочастотных, малошумящих и микроволновых сетей.

Больше усиления преобразователя

Наиболее распространенным термином усиления в конструкции ВЧ-усилителя является коэффициент усиления преобразователя. Согласно определению, отношение между выходной мощностью от источника к нагрузке и наибольшей мощностью источника. Усиление преобразователя включает несколько компонентов:

1. Мы можем вводить и выводить результат согласования импеданса.

2. Общий коэффициент усиления усилителя за счет МШУ.

Одной из функций этого параметра является уменьшение следующей матрицы схемы до размера 2×2. Это уменьшение матрицы помогает в измерении и расчете, резистивные потери среди компонентов цепи возникают на протяжении всего процесса. Не обращайте на них внимания при расчете коэффициента усиления преобразователя.

Стабильность — превыше всего

Стабильность или устойчивость к колебаниям является важным фактором при проектировании МШУ. Некоторые параметры полезны при определении стабильности малошумящих усилителей. К ним относятся S-параметры, соответствующие сети и терминаторы.

За нестабильность в усилителе ответственны три явления. Это:

1. Внутренняя обратная связь транзистора.

2. Причина может быть во внешней цепи, входе внешнего транзистора.

3. Лишнее усиление за пределами необходимой полосы частот работы.

Было бы полезно, если бы вы рассчитали коэффициент стабильности Роллетта (K ) с использованием заданных S-параметров. Определитель матрицы вместе с коэффициентом устойчивости может определять устойчивость. Усилитель стабилен только тогда, когда K больше 1. Кроме того, значение определителя не должно превышать единицы.

Конструкция малошумящего усилителя — более подходящее значение импеданса

Диаграмма Смита необходима для проектирования сетей согласования импеданса. Линии передачи изменяют свойства импеданса, используя микрополосковые линии, эти линии имеют различные волновые сопротивления. Они также могут преобразовать номинал любого резистора.

Существует два типа соответствующих сетей:

1. Сеть согласования входов:полезна для уменьшения влияния шума. Он согласовывает вход транзистора с источником. Таким образом, мы можем получить коэффициент шума как можно ближе к наименьшему возможному шуму.

2. Цепь согласования выходов:эта цепь согласовывает транзисторный выход с нагрузкой. Таким образом, система обеспечивает наивысшую потенциальную мощность, максимизирующую усиление.

Обзор

Мы надеемся, что приведенное выше руководство было полезным. Эти соображения необходимы для правильной разработки малошумящего усилителя.

Входной сигнал с более низким коэффициентом шума получит лучшее усиление через МШУ. Сигналы, значительно превышающие уровень шума, будут сталкиваться с интермодуляционными искажениями. Коэффициент усиления преобразователя, рабочий коэффициент усиления, MAG необходимы для определения коэффициента усиления усилителя. Остальными жизненно важными являются S-параметры, устойчивость и коэффициенты отражения. Различные значения импеданса могут вызвать отражение волн. Коэффициент отражения равен 0, когда импедансы совпадают.

Эксперты предлагают полагаться на надежную компанию для изготовления ваших пользовательских конструкций печатных плат. Свяжитесь с нами, чтобы узнать стоимость ваших печатных плат индивидуального дизайна.