2.2: Estrategias de Diseño de Amplificadores Lineales

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El diseño de amplificador lineal requiere que el transistor o transistores estén polarizados en una región de alta ganancia y que se utilicen redes de adaptación de entrada y salida para proporcionar una buena transferencia de potencia en la entrada y salida de las etapas del transistor. Esta disposición de circuito se muestra en la Figura 2.3.1. El circuito de control de polarización de CC es bastante estándar; no implica ninguna restricción de microondas. Los filtros de paso bajo (en los circuitos de polarización) pueden tener una de varias formas y a menudo se integran en las redes de coincidencia de entrada y salida. La síntesis de las redes de coincidencia de entrada y salida (y ocasionalmente una red de retroalimentación requerida para la estabilidad y el funcionamiento de banda ancha) es el objetivo principal de cualquier diseño de amplificador.

Los transistores de RF utilizados para amplificar señales pequeñas deben tener alta ganancia máxima disponible y características de bajo ruido. Para los transistores utilizados en transmisores, donde la generación eficiente de energía es crítica, es importante para el diseño del amplificador lineal que las características del transistor sean cercanas a lineales en la región central de las características de corriente-voltaje de salida para que se minimicen la distorsión. El límite final en la potencia de salida está determinado por el voltaje de ruptura a altos voltajes de fuente de drenaje y también por la densidad de corriente máxima que se puede admitir. Finalmente, para una amplificación eficiente de señales grandes, el voltaje de la rodilla (donde las curvas de corriente-voltaje se doblan y comienzan a aplanarse) debe ser bajo.

Los fabricantes de transistores discretos y módulos amplificadores proporcionan información sustancial, incluyendo\(S\) parámetros y, en algunos casos, diseños de referencia. Un extracto de la hoja de datos de un transistor pHEMT se muestra en la Figura 2.3.2. Se proporciona la aplicación prevista y la estructura del dispositivo se ha optimizado para la aplicación.

Los ejemplos de diseño presentados en las próximas secciones utilizarán el transistor pHEMT documentado en la Figura 2.3.2. Este transistor discreto se describe como un bajo ruido., alta frecuencia, PhemT empaquetado que se puede usar en amplificadores que operan a hasta\(18\text{ GHz}\). Comparte una característica común de los dispositivos FET en que\(S_{21}\) es más alto a bajas frecuencias y el parámetro de retroalimentación,\(S_{12}\), es el más bajo a bajas frecuencias. Esto significa que la ganancia es más difícil de lograr a frecuencias más altas y la retroalimentación de nivel más alto significa que la estabilidad es a menudo un problema en frecuencias más altas. Sin embargo, la ganancia de bucle descrita por\(S_{21}S_{12}\) es grande a bajas frecuencias, por lo que la estabilidad también es un problema a bajas frecuencias.