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2.12: Ejercicios

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    1. ¿Cuál es la ganancia del siguiente sistema receptor?

    clipboard_ec00253d7c020879e9c183660d3f794fd.png

    Figura\(\PageIndex{1}\)

    1. En el sistema de abajo el mezclador tiene una pérdida de conversión de\(10\text{ dB}\). ¿Cuál es la ganancia del sistema receptor?

    clipboard_e3680e14467df64d76a2204ab5ab8125d.png

    Figura\(\PageIndex{2}\)

    1. ¿Cuál es la ganancia del sistema receptor a continuación?

    clipboard_eede9bfeb6a4ed0e5dd34c9205735dffb.png

    Figura\(\PageIndex{3}\)

    1. Una fuente que impulsa un amplificador tiene una potencia de salida disponible de\(1\text{ mW}\). El amplificador se ha emparejado de manera óptima en un\(50\:\Omega\) sistema y luego tiene una pequeña ganancia de señal de\(20\text{ dB}\). La carga del amplificador ahora se cambia y la nueva carga no coincide con un VSWR de\(1.5\). ¿Cuál es la potencia entregada a la nueva carga?
    2. Un amplificador MOSFET tiene los\(S\) parámetros de señal pequeños\(S_{11} = 0.3\angle 85^{\circ},\: S_{12} = 0.05\angle 15^{\circ},\: S_{21} = 2.5\angle 100^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.85\angle − 50^{\circ}\) en\(5.6\text{ GHz}\).
      1. ¿Cuál es la ganancia máxima del transductor unilateral?
      2. ¿Cuál es la ganancia máxima de potencia disponible?
      3. ¿Cuál es la ganancia máxima de potencia estable?
      4. ¿Cuál es la ganancia unilateral de poder?
    3. Un amplificador tiene una ganancia de\(10\text{ dB}\), una potencia de salida de\(1\text{ W}\), y una eficiencia de potencia agregada de\(25\%\).
      1. ¿Cuál es la eficiencia total del amplificador como porcentaje?
      2. ¿Cuál es la eficiencia del amplificador como porcentaje?
    4. Un amplificador BJT de Clase A tiene un voltaje de polarización de colector\(5\text{ V}\) y una corriente de polarización de colector de\(100\text{ mA}\).
      1. ¿Cuál es la eficiencia del amplificador si la potencia de salida de RF es\(1\text{ mW}\)?
      2. ¿Cuál es la eficiencia del amplificador si la potencia de salida de RF es\(10\text{ mW}\)?
      3. ¿Cuál es la eficiencia del amplificador si la potencia de salida de RF es\(100\text{ mW}\)?
    5. Un amplificador de RF MOS de Clase A tiene un voltaje de polarización de drenaje\(20\text{ V}\) y una corriente de polarización de drenaje de\(1\text{ A}\). Si la potencia de salida del amplificador es\(5\text{ W}\) y la potencia de entrada disponible es\(1\text{ W}\), ¿cuál es la eficiencia de potencia agregada del amplificador?
    6. Un amplificador de potencia con una ganancia de tomas\(10\text{ dB}\) de potencia\(100\text{ W}\) de CC y entrega\(50\text{ W}\) de potencia de salida de RF. ¿Cuál es la eficiencia de potencia agregada del amplificador?
    7. Un amplificador de potencia FET con una ganancia de tomas\(10\text{ dB}\) de potencia\(100\text{ W}\) de CC y entrega\(50\text{ W}\) de potencia de salida de RF. ¿Cuál es la eficiencia de drenaje del amplificador?
    8. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando un transistor con\(50\:\Omega\text{ S}\) parámetros\(S_{11} = 0.5\angle 45^{\circ},\: S_{12} = 0.1\angle 0^{\circ}\),\(S_{21} = 2\angle 90^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.75\angle 45^{\circ}\).
      1. Si la entrada del transistor termina en\(50\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de elementos agrupados de dos elementos para una máxima transferencia de potencia desde la salida del transistor a una\(50\:\Omega\) carga.
    9. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando un transistor con\(50\:\Omega\text{ S}\) parámetros\(S_{11} = 0.96\angle 85^{\circ}\),\(S_{12} = 0.056\angle 15^{\circ}\),\(S_{21} = 2.56\angle 100^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.320\angle 54.6^{\circ}\).
      1. Si la entrada del transistor termina en\(50\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de elementos agrupados de dos elementos para una máxima transferencia de potencia desde la salida del transistor a una\(50\:\Omega\) carga.
      3. Como primer paso para evaluar la ganancia de potencia del amplificador, determine cuál de las diversas ganancias definidas para un amplificador es la ganancia de potencia aquí. Es decir, se definen varias ganancias en términos de\(S\) parámetros y coeficientes de reflexión (por ejemplo, ganancia disponible, ganancia máxima estable, etc.). ¿Cuál de estos se puede utilizar para evaluar la ganancia de potencia en esta circunstancia donde no hay una red de coincidencia de entrada, sino que hay una red de coincidencia de salida?
      4. ¿Cuál es la ganancia de potencia del amplificador en decibelios?
    10. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(10\text{ GHz}\) inductivamente utilizando un transistor con\(50\:\Omega\text{ S}\) parámetros\(S_{11} = 0.9\angle 80^{\circ}\),\(S_{12} = 0.06\angle 15^{\circ}\),\(S_{21} = 2.5\angle 10^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.3\angle 45^{\circ}\).
      1. Si la entrada del transistor termina en\(55.5\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de elementos agrupados de dos elementos para una máxima transferencia de potencia desde la salida del transistor a una\(50\:\Omega\) carga.
      3. ¿Cuál es la ganancia de potencia del amplificador en decibelios?
    11. El amplificador BJT Clase A en la siguiente figura tiene un estrangulador de RF que proporciona corriente de colector y actúa como un circuito abierto en RF. La carga,\(R_{L}\), es conducida a través de un condensador\(C\),, que es efectivamente un cortocircuito en RF. La máxima eficiencia no distorsionada de este circuito es\(50\%\). Derivar esta eficiencia. Ignorar la caída de voltaje de base-emisor,\(V_{CE\text{ ,min}}\), y tenga en cuenta que el máximo de\(V_{O}\) es\(2V_{CC}\), permitiendo una oscilación de voltaje de\(±V_{CC}\) alrededor de la tensión de funcionamiento en reposo del colector. [Ejemplo de Parallels 2.5.1]

    clipboard_e30c48f29d8a7a46a2db9c9fc4d26b0cc.png

    Figura\(\PageIndex{4}\)

    1. El amplificador BJT Clase A en la figura siguiente tiene una carga,\(R_{L}\), y una eficiencia máxima sin distorsiones de\(25\%\). Derivar la eficiencia de este amplificador en términos de\(R_{E}\) y\(R_{L}\). Supongamos que\(V_{CC}\) es mucho mayor que\(V_{BE}\). [Ejemplo de Parallels 2.5.1]

    clipboard_e5412a3272428c6d110e2937f209b1319.png

    Figura\(\PageIndex{5}\)

    1. Considere un amplificador BJT Clase C con una polarización resistiva que también es la carga de RF. El voltaje de alimentación es\(10\text{ V}\).
      1. Dibuje la línea de carga del amplificador e indique la línea de carga y el punto de polarización.
      2. ¿Cuál es la corriente de polarización del colector sin señal de entrada de RF?
      3. Con la entrada de RF al amplificador que tiene una potencia de\(10\text{ mW}\), la potencia de salida de RF es\(100\text{ mW}\), la tensión de colector-emisor en reposo es\(6\text{ V}\), y la corriente de colector de reposo es\(20\text{ mA}\). ¿Cuál es la eficiencia de potencia agregada del amplificador en estas condiciones?
    2. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando el transistor en la Tabla 2.3.1 y con una\(50\:\Omega\) fuente.
      1. ¿Cuál es la impedancia que se presenta en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de dos elementos para una máxima transferencia de potencia a una\(50\:\Omega\) carga.
    3. Un amplificador MOSFET tiene los\(S\) parámetros de señal pequeña\(S_{11} = 0.8\angle 90^{\circ}\),\(S_{12} = 0.05\angle 0^{\circ}\),\(S_{21} = 2.5\angle 0^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.8\angle 0^{\circ}\) at\(5.6\text{ GHz}\).
      1. Calcular el radio y el centro del círculo de estabilidad de entrada.
      2. Sacar conclusiones de la gráfica del círculo de estabilidad de entrada. Es decir, ¿qué restricciones se colocan en la red de coincidencia de entrada si la carga del amplificador es pasiva?
    4. Un amplificador MOSFET tiene los\(S\) parámetros de señal pequeña\(S_{11} = 0.9\angle 85^{\circ}\),\(S_{12} = 0.05\angle 15^{\circ}\),\(S_{21} = 2.5\angle 100^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.85\angle −50^{\circ}\) at\(5.6\text{ GHz}\).
      1. Calcular el radio y el centro del círculo de estabilidad de salida.
      2. Dibuja el círculo de estabilidad de salida en un gráfico de Smith.
      3. Sacar conclusiones de la gráfica del círculo de estabilidad de salida. Es decir, ¿qué restricciones se colocan en la red de coincidencia de salida?
    5. Un amplificador MOSFET tiene los\(S\) parámetros de señal pequeña\(S_{11} = 0.9\angle 85^{\circ}\),\(S_{12} = 0.025\angle 15^{\circ}\),\(S_{21} = 3\angle 100^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.85\angle −50^{\circ}\) at\(2\text{ GHz}\).
      1. Calcular el radio y el centro del círculo de estabilidad de entrada.
      2. Sacar conclusiones de la gráfica del círculo de estabilidad de entrada. Es decir, ¿qué restricciones se colocan en la red de coincidencia de entrada?
    6. Un amplificador MOSFET tiene los\(S\) parámetros de señal pequeña\(S_{11} = 0.9\angle 85^{\circ}\),\(S_{12} = 0.05\angle 15^{\circ}\),\(S_{21} = 2.5\angle 100^{\circ}\), y\(S_{22} = 0.85\angle − 50^{\circ}\) at\(5.6\text{ GHz}\).
      1. ¿Cuál es el\(k\) factor -del criterio de estabilidad de Rollet?
      2. ¿Qué indica el\(k\) factor -sobre la estabilidad del transistor?
      3. ¿Cuál es el\(\mu\) factor del criterio de estabilidad Edwards—Sinsky?
      4. ¿Qué indica el criterio de estabilidad Edwards—Sinsky sobre la estabilidad del transistor?
    7. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando el transistor PhemT documentado en la Tabla 2.3.1. Utilice la topología mostrada en la Figura 2.9.1.
      1. Si la entrada del transistor termina en\(55.5\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de dos elementos para una máxima transferencia de potencia a una\(50\:\Omega\) carga.
    8. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando el transistor PhemT documentado en la Tabla 2.3.1. Utilice la topología mostrada en la Figura 2.9.1.
      1. Si la entrada del transistor termina en\(150\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de dos elementos para una máxima transferencia de potencia a una\(50\:\Omega\) carga.
    9. Considere el diseño de un amplificador Clase A polarizado\(15\text{ GHz}\) inductivamente utilizando el transistor PhemT documentado en la Tabla 2.3.1. Utilice la topología mostrada en la Figura 2.9.1.
      1. Si la entrada del transistor termina en\(200\:\Omega\), ¿cuál es la impedancia que busca en la salida del transistor?
      2. Diseñe una red de coincidencia de salida de dos elementos para una máxima transferencia de potencia a una\(50\:\Omega\) carga.
    10. Diseñar un amplificador para máxima ganancia estable utilizando el transistor discreto PhemT descrito en la Tabla 2.3.1. Las especificaciones de diseño son

    \[\begin{array}{ll}{\text{Gain:}}&{\text{maximum gain at }24\text{ GHz}} \\ {\text{Topology:}} &{\text{three two-ports (input and}} \\ {}&{\text{output matching networks,}} \\ {}&{\text{and the active device)}} \\ {\text{Stability:}}&{\text{broadband stability}} \\ {\text{Bandwidth:}}&{\text{maximum that can be}} \\ {}&{\text{achieved using two-element}} \\ {}&{\text{matching networks}} \\ {\text{Source }Z:}&{Z_{S}=10\:\Omega} \\ {\text{Load }Z:}&{Z_{L}=50\:\Omega}\end{array}\nonumber \]

    1. Diseñar un amplificador para máxima ganancia estable utilizando el transistor discreto PhemT descrito en la Tabla 2.3.1. Las especificaciones de diseño son

    \[\begin{array}{ll}{\text{Gain:}}&{\text{maximum gain at }23\text{ GHz}} \\ {\text{Topology:}} &{\text{three two-ports (input and}} \\ {}&{\text{output matching networks,}} \\ {}&{\text{and the active device)}} \\ {\text{Stability:}}&{\text{broadband stability}} \\ {\text{Bandwidth:}}&{\text{maximum that can be}} \\ {}&{\text{achieved using two-element}} \\ {}&{\text{matching networks}} \\ {\text{Source }Z:}&{Z_{S}=50\:\Omega} \\ {\text{Load }Z:}&{Z_{L}=50\:\Omega}\end{array}\nonumber \]

    1. Un amplificador HBT de Clase A polarizado inductivamente está polarizado con un voltaje de reposo colector-emisor\(5\text{ V}\) y una corriente colector-emisor de reposo de\(100\text{ mA}\). Cuando se opera en el punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia, la potencia de RF de entrada es\(10\text{ mW}\) y la potencia de salida es\(100\text{ mW}\). Considere que la señal de RF es una onda sinusoidal, y tenga en cuenta que el voltaje colector-emisor en reposo será el voltaje del riel de suministro.
      1. ¿Cuál es la energía de CC quiescente consumida? Exprese su respuesta en milivatios.
      2. ¿En qué se encuentra la potencia de salida\(\text{dBm}\)?
      3. ¿Cuál es la eficiencia del amplificador? Tenga en cuenta que la eficiencia de un amplificador de Clase A puede ser mayor que\(25\%\) si se tolera la distorsión.
      4. ¿Cuál es la eficiencia de potencia agregada del amplificador?
      5. Si la potencia de entrada se reduce\(10\text{ dB}\) para que el amplificador ya no esté en compresión, ¿cambiará el punto de reposo de CC? Explica tu respuesta.
      6. Si se reduce la potencia de entrada\(10\text{ dB}\) para que el amplificador ya no esté en compresión, ¿en qué se encuentra la potencia de salida\(\text{dBm}\)? Ignorar cualquier cambio en el punto de reposo.
      7. Con la potencia de\(1\text{ mW}\) entrada, ¿cuál es la eficiencia de potencia agregada del amplificador si el punto de reposo no cambia?

    2.12.1 Ejercicios Por Sección

    \(†\)desafiante,\(‡\) muy desafiante

    \(§2.1\: 1, 2, 3\)

    \(§2.3\: 4, 5†\)

    \(§2.4\: 6, 7, 8, 9, 10\)

    \(§2.5\: 11†, 12†, 13†, 14†, 15†, 16†, 17\)

    \(§2.6\: 18†, 19†, 20, 21\)

    \(§2.9\: 22†, 23†, 24†, 25‡, 26‡, 27†\)

    2.12.2 Respuestas a ejercicios seleccionados

    1. \(1\text{ dB}\)
    1. d)\(14.2\text{ dB}\)
    2. \(27.8\%\)
    1. \(50\%\)
    2. (a)\(436-\jmath 105.6\:\Omega\)
    3. (a)\(61.3-\jmath 35.6\:\Omega\)
    1. c)\(0.563\)

    1. \[\begin{aligned}L_{1}&=36.8\text{ fH, }C_{2}=36.8\text{ fF} \\ L_{3}&=321\text{ pH, }C_{4}=27.4\text{ fF} \\ L_{5},&L_{6}, C_{7}, C_{8}\text{ are large}\end{aligned}\nonumber \]

    clipboard_e32f70cf0fca8e3046d058826db648d02.png

    Figura\(\PageIndex{6}\)

    1. \(2.3\)

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