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3.3: Estudio de caso- Análisis de un amplificador distribuido

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    La Figura\(\PageIndex{1}\) (a) muestra la disposición de un amplificador de potencia GaAs distribuido, monolíticamente integrado, de señal grande [4], modelo TGA8220 de Texas Instruments. El esquema del amplificador se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\) (b). Este circuito amplificador está diseñado para entregar potencia\(+25\text{ dBm}\) de salida a\(1\text{ dB}\) compresión cuando se opera desde\(2–18\text{ GHz}\). Los FET idénticos se utilizan en

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    Figura\(\PageIndex{1}\): El amplificador distribuido TGA8220 MMIC con seis FET (numerados 1—6 de la entrada RF). Después [4], copyright Microondas & RF, usado con permiso.

    el amplificador de seis etapas y tienen una longitud de puerta\(L = 0.5\:\mu\text{m}\) y ancho de puerta\(W = 335\:\mu\text{m}\). Se deben usar modelos de curvas, uniones en T, vías, alambres de unión y parásitos FET. Después de definir las fuentes de polarización y RF, el circuito se puede simular en un simulador de microondas no lineal [5].

    La pequeña ganancia de señal y la potencia de salida y la eficiencia en la compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia se muestran en la Figura\(\PageIndex{2}\) con\(V_{DS} = 8\text{ V}\) y\(50\%\)\(I_{DSS}\). El circuito fue diseñado con condensadores de compuerta en serie para aumentar la frecuencia de corte de la línea de puerta y para adaptar la excitación del voltaje de la puerta para maximizar la potencia de salida. Se lograron mejoras adicionales de ganancia y potencia con la ayuda de líneas de drenaje cónicas y una gran resistencia de terminación de drenaje. Esto permite obtener una potencia de salida\(1\text{ dB}\) comprimida de\(+25\text{ dBm}\) con una eficiencia de\(10\%\) potencia agregada de sobre la\(2–18\text{ GHz}\) banda. La ganancia de señal pequeña de al menos\(19\text{ dB}\) también tiene una pequeña pendiente positiva con frecuencia.

    La simulación de circuito no lineal también se puede utilizar para comprender el funcionamiento intuitivo del circuito no lineal. Esto es particularmente importante para circuitos complejos como este, que utiliza FET que se cargan cada vez más distribuyéndolos de manera sistemática. Una forma particularmente útil de visualización que ayuda a comprender es el plano de fase I-V, que es el lugar geométrico de la trayectoria I-V de la característica operativa de un dispositivo individual. La línea de carga dinámica de cada FET en el amplificador\(18\text{ GHz}\) para\(1\text{ dB}\) ganancia

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    Figura\(\PageIndex{2}\): Ganancia, potencia y eficiencia del amplificador distribuido TGA8220 MMIC: (a) ganancia de señal pequeña y potencia de salida en\(1\text{-dB}\) compresión; y (b) eficiencia en la\(1\text{-dB}\) compresión. Después [4], copyright Microondas & RF, usado con permiso.

    compresión en la salida se da en la Figura 3.4.1. La línea de carga de CC (no mostrada) es una sola línea para cada FET. La línea de carga dinámica se abre debido a la carga reactiva. El partido se vuelve mejor pasando de FET 1 a FET 6. Idealmente, la línea de carga dinámica cerrada se lograría para todos los FET, pero se requieren muchas compensaciones para lograr una buena ganancia, potencia de salida y ancho de banda amplio. Para la eficiencia, se debe hacer énfasis en maximizar la eficiencia de la etapa final, que opera en los niveles de potencia más altos. El diseño aquí da como resultado una potencia de salida óptima en todo el ancho de banda sin degradar indebidamente la ganancia de señal pequeña y la coincidencia de entrada y salida para los FET restantes en este amplificador. El uso de condensadores de puerta serie y líneas de drenaje cónicas es el mecanismo que logra esto en este diseño [4]. Un amplificador distribuido ofrece la máxima potencia de salida y eficiencia cuando cada FET alcanza los límites de voltaje de compuerta y drenaje para obtener la máxima potencia y eficiencia simultáneamente en un amplio rango de frecuencias.


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