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4.1: Ejercicios

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    85121

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    1. Un amplificador consta de tres etapas en cascada con las siguientes características:
      Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
      Ganancia (\(\text{dB}\)) \(-3\) \(15\) \(5\)
      NF (\(\text{dB}\)) \(3\) \(2\) \(2\)
      Mesa\(\PageIndex{1}\)
      1. ¿Cuál es la ganancia general del amplificador?
      2. ¿Cuál es la cifra general de ruido del amplificador?
    2. Describa brevemente el efecto de un filtro con pérdida en la SNR. Considere las señales en la entrada y salida del filtro.
    3. Cuál es la potencia de ruido disponible de una\(50\:\Omega\) resistencia en un\(10\text{ MHz}\) ancho de banda. La resistencia está a temperatura estándar.
    4. Una\(50\:\Omega\) resistencia una\(20\:\Omega\) resistencia están en derivación. Si ambas resistencias tienen una temperatura de\(300\text{ K}\), ¿cuál es la densidad espectral de potencia de ruido total disponible de las resistencias de derivación?
    5. La potencia de ruido térmico en la salida de un sistema es\(1\text{ fW}\) y la potencia de ruido de disparo es\(1\text{ fW}\). ¿Cuál es la potencia de ruido blanco disponible?
    6. Un\(2\text{ GHz}\) amplificador en un\(50\:\Omega\) sistema tiene un ancho de banda de\(10\text{ MHz}\), una ganancia de\(40\text{ dB}\), y una cifra de ruido de\(3\text{ dB}\). El amplificador es accionado por un circuito con una resistencia equivalente a Thevenin de\(50\:\Omega\) mantenido a\(290\text{ K}\) (temperatura estándar). ¿Cuál es la potencia de ruido disponible en la salida del amplificador?
    7. Un\(30\text{ dB}\) atenuador termina en Port\(\mathsf{2}\) en una resistencia emparejada y ambos están en\(290\text{ K}\). ¿Cuál es la temperatura del ruido en el puerto\(\mathsf{1}\) del atenuador?
    8. Un\(20\text{ dB}\) atenuador termina en una resistencia emparejada y ambos se mantienen en\(30^{\circ}\text{C}\). ¿Cuál es la temperatura del ruido en la entrada del atenuador en kelvin?
    9. La temperatura efectiva del ruido en la salida coaxial de una antena es\(100\text{ K}\). La antena está conectada a un filtro de paso de banda con un ancho de banda de\(20\text{ MHz}\) y una pérdida de inserción de\(1\text{ dB}\). [Ejemplos de Parallels 4.3.1 y 4.3.2]
      1. ¿Cuál es la potencia de ruido disponible en un\(20\text{ MHz}\) ancho de banda en la salida de la antena?
      2. ¿Cuál es la cifra de ruido del filtro de paso de banda (considere solo la banda de paso)?
      3. ¿Cuál es el exceso de potencia de ruido en la salida del filtro? (Considera solo la banda de paso).
      4. ¿Cuál es la potencia total de ruido disponible en la banda de paso en la salida del filtro?
    10. Un amplificador de recepción con una ganancia de\(30\text{ dB}\), una cifra de ruido de\(2\text{ dB}\), y ancho de banda de\(5\text{ MHz}\) está conectado a una antena que tiene una temperatura de ruido de\(20\text{ K}\). [Ejemplo de Parallels 4.3.1]
      1. ¿Cuál es la potencia de ruido disponible que se presenta a la entrada del amplificador en el\(5\text{ MHz}\) ancho de banda (recordemos que la temperatura del ruido de la antena es\(20\text{ K}\)?
      2. Si en cambio la entrada del amplificador está conectada a una resistencia mantenida a temperatura estándar, ¿cuál es la potencia de ruido disponible que se presenta a la entrada del amplificador en el\(5\text{ MHz}\) ancho de banda?
      3. ¿Cuál es el factor de ruido del amplificador?
      4. ¿Cuál es el exceso de potencia de ruido del amplificador referido a su salida?
      5. Cuál es la temperatura de ruido efectiva del amplificador cuando el amplificador está conectado a la antena con una temperatura de ruido de\(20\text{ K}\). Es decir, ¿cuál es la temperatura efectiva de ruido de la resistencia en el circuito equivalente Thevenin de la salida del amplificador?
    11. Un amplificador de recepción tiene un ancho de banda de\(5\text{ MHz}\), una cifra de\(1\text{ dB}\) ruido, una ganancia lineal de\(20\text{ dB}\). El SNR mínimo aceptable es\(10\text{ dB}\).
      1. ¿En qué se encuentra la potencia de ruido de salida\(\text{dBm}\)?
      2. ¿En qué se encuentra la señal de salida mínima detectable\(\text{dBm}\)?
      3. ¿Cuál es la señal de entrada mínima detectable\(\text{dBm}\)?
    12. Un\(75\:\Omega\) atenuador tiene una pérdida de\(16\text{ dB}\) y está entre una fuente con una impedancia Thevenin de\(75\:\Omega\) y una carga de\(75\:\Omega\).
      1. ¿Cuál es la potencia de ruido,\(N_{i}\), disponible de la resistencia de\(75\:\Omega\) fuente a temperatura estándar\((290\text{ K})\) en un\(1\text{ MHz}\) ancho de banda?
      2. Ahora considere que la fuente está conectada al atenuador que también está conectado a la carga. Si la fuente genera una señal modulada que es\(1\text{ MHz}\) amplia y tiene una potencia disponible,\(S_{i}\), de\(10\text{ fW}\), ¿qué es SNR\(_{i}\) en la entrada al atenuador a temperatura estándar?
      3. Con el atenuador conectado a la fuente, ¿cuál es la impedancia equivalente Thevenin que busca en la salida del atenuador?
      4. Calcular la potencia de ruido\(N_{o}\),, disponible desde el atenuador con la fuente conectada a temperatura estándar\((290\text{ K})\) en un\(1\text{ MHz}\) ancho de banda?
      5. ¿Cuál es la potencia de la señal\(S_{o}\),, entregada a la carga?
      6. ¿Cuál es el SNR a la carga, SNR\(_{o}\)?
      7. ¿Cuál es el factor de ruido del atenuador?
      8. ¿Cuál es la cifra de ruido del atenuador?
    13. El sistema que se muestra a continuación es un receptor con filtros pasabanda, amplificadores y un mezclador. [Ejemplo de Parallels 4.3.3]

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    Figura\(\PageIndex{1}\)

    1. ¿Cuál es la ganancia total del sistema?
    2. ¿Cuál es el factor de ruido del primer filtro?
    3. ¿Cuál es el factor de ruido del sistema?
    4. ¿Cuál es la cifra de ruido del sistema?
    1. Un amplificador consta de tres etapas en cascada con las siguientes características:
      Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
      Ganancia \(10\text{ dB}\) \(15\text{ dB}\) \(30\text{ dB}\)
      NF \(0.8\text{ dB}\) \(2\text{ dB}\) \(2\text{ dB}\)
      Tabla\(\PageIndex{2}\)
      ¿Cuál es la cifra de ruido (NF) y ganancia del amplificador en cascada?
    2. El extremo frontal de un receptor para un teléfono celular tiene un filtro de paso de banda con una\(25\text{ MHz}\) banda de paso y una pérdida en la banda de paso de\(2\text{ dB}\) y es seguido por dos etapas de amplificador. La primera etapa tiene una ganancia de\(20\text{ dB}\) y una figura de ruido de\(0.5\text{ dB}\) y la segunda etapa tiene una ganancia de\(60\text{ dB}\) y una figura de ruido de\(2\text{ dB}\).
      1. Esboce el diagrama de bloques del sistema.
      2. ¿Cuál es la ganancia del sistema?
      3. ¿Cuál es la cifra de ruido del filtro?
      4. ¿Cuál es la cifra de ruido del sistema?
      5. El sistema ahora está conectado a una antena con una temperatura de ruido efectiva de\(30\text{ K}\) que entrega una señal de\(10\text{ pW}\) al filtro de paso de banda. Determine la temperatura del ruido en la salida del sistema y por lo tanto la potencia del ruido de salida en el\(25\text{ MHz}\) ancho de banda. Primero calcule el exceso de temperatura de ruido agregado por el sistema a la salida.
      6. Determine la relación señal/ruido en la salida del sistema front-end.
    3. El extremo frontal de RF de una unidad de comunicaciones consiste en un amplificador seguido de un mezclador. El amplificador tiene una ganancia de\(20\text{ dB}\) y una figura de ruido de\(4\text{ dB}\). El mezclador tiene una pérdida de conversión de\(6\text{ dB}\) y una cifra de ruido de doble banda lateral de\(8\text{ dB}\).
      1. ¿Por qué la figura de ruido de doble banda lateral se usa a veces con un mezclador pero no con un amplificador?
      2. Si el amplificador tiene suficiente ancho de banda para amplificar tanto la frecuencia RF como la frecuencia de imagen, ¿cuál es la cifra de ruido de la cascada? Tenga en cuenta que la cifra de ruido general es una cifra de ruido de banda lateral única.
    4. La primera etapa de un amplificador de dos etapas tiene una ganancia lineal de\(40\text{ dB}\) y una cifra de ruido if\(3\text{ dB}\). La segunda etapa tiene una ganancia de\(10\text{ dB}\) y una cifra de ruido de\(5\text{ dB}\).
      1. ¿Cuál es la ganancia general del amplificador?
      2. ¿Cuál es la cifra general de ruido del amplificador?
    5. Un subsistema consiste en un filtro emparejado con una pérdida de inserción de\(2\text{ dB}\) entonces un amplificador con una ganancia de\(20\text{ dB}\) y una cifra de ruido, NF, de\(3\text{ dB}\).
      1. ¿Cuál es la ganancia general del subsistema?
      2. ¿Qué es NF del filtro?
      3. ¿Qué es NF del subsistema?
    6. Un subsistema consiste en un amplificador emparejado con una ganancia de\(20\text{ dB}\) y una figura de ruido de\(2\text{ dB}\), seguido de un\(2\text{ dB}\) atenuador, y luego otro amplificador con una ganancia de\(10\text{ dB}\) y NF de\(3\text{ dB}\).
      1. ¿Cuál es la ganancia general del subsistema?
      2. ¿Qué es NF del atenuador?
      3. ¿Qué es NF del subsistema?
    7. Considere una señal modulada digitalmente y describa brevemente el impacto de un amplificador no lineal en la señal. Debe incluir varios efectos negativos. Utilice uno o más diagramas.
    8. Un amplificador tiene una ganancia lineal de\(30\text{ dB}\) y un punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia referida a la salida de\(13\text{ dBm}\). ¿Cuál es el punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia referido a entrada del amplificador?
    9. Un amplificador tiene una ganancia lineal de\(30\text{ dB}\) y un punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia de entrada de\(−30\text{ dBm}\). ¿Cuál es el punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia referido a la salida del amplificador?
    10. Un amplificador tiene una potencia de salida de\(10\text{ dBm}\) cuando la ganancia de un solo tono es comprimida por\(1\text{ dB}\). ¿Cuál es la potencia de salida máxima de una señal 64-QAM no distorsionada? (Una señal 64-QAM que tiene un PMEPR de\(7.8\text{ dB}\). [Ejemplo de Parallels 4.5.1]
    11. El punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia referido a entrada de un amplificador con una ganancia lineal de\(30\text{ dB}\) es\(0\text{ dBm}\).
      1. ¿Cuál es la ganancia del amplificador en la compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia?
      2. ¿Cuál es la potencia de salida en la compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia?
      3. Considere amplificar una señal 8-PSK con un PMEPR de\(3.3\text{ dB}\). ¿Cuál es la potencia de salida máxima de la señal 8-PSK no distorsionada? La distorsión máxima aceptable es cuando el pico de la envolvente es comprimido por la\(1\text{ dB}\) ganancia.
    12. La ganancia de un amplificador en el punto de compresión de\(1\text{-dB}\) ganancia es\(40\text{ dB}\) y la potencia de entrada es\(−7\text{ dBm}\).
      1. ¿Cuál es la potencia de la señal de salida del amplificador?
      2. Si la entrada de energía al amplificador se reduce a\(−20\text{ dBm}\), ¿cuál es la potencia de salida del amplificador ahora?
    13. Describa brevemente la distorsión de intermodulación con una señal de dos tonos. Usa un diagrama.
    14. Describa brevemente lo que se entiende por compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia. Usa un diagrama.
    15. Un amplificador de una sola etapa tiene una ganancia lineal de\(16\text{ dB}\), un punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia de\(10\text{ dBm}\) salida y un punto de intercepción de tercer orden referido a la salida\(\text{OIP3} = 30\text{ dBm}\). El piso de ruido en la salida del amplificador es\(−60\text{ dBm}\). El protocolo de comunicación tiene un SNR mínimo, SNR\(_{\text{MIN}}\), de\(6\text{ dB}\).
      1. ¿Cuál es el rango dinámico del amplificador?
      2. ¿Qué es el SFDR del amplificador?
    16. Un sistema receptor que comprende un filtro y dos amplificadores en cascada tiene una ganancia lineal global de\(80\text{ dB}\), un punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia de salida de\(−10\text{ dBm}\), y un punto de intercepción de tercer orden referido a la salida\(\text{OIP3} = 10\text{ dBm}\). El piso de ruido en la salida del amplificador es\(−80\text{ dBm}\). ¿Cuál es el espurio rango dinámico libre del receptor?
    17. Un amplificador de potencia tiene una ganancia lineal de\(20\text{ dB}\), un punto de compresión de\(1\text{ dB}\) ganancia de\(30\text{ dBm}\) salida y un punto de intercepción de tercer orden referido a la salida\(\text{OIP3} = 60\text{ dBm}\). El piso de ruido en la salida del amplificador es\(−70\text{ dBm}\). ¿Cuál es el rango dinámico del amplificador si la SNR mínima requerida en la salida es\(6\text{ dB}\)?
    18. Un amplificador de dos etapas a temperatura ambiente en un receptor tiene un ancho de banda de\(100\text{ MHz}\), una cifra de ruido de\(3\text{ dB}\), una ganancia lineal de\(32\text{ dB}\), y un punto de intercepción de tercer orden referido a salida,\(\text{OIP3}\), de\(27\text{ dBm}\). El SNR mínimo del sistema receptor es\(16\text{ dB}\).
      1. ¿En qué se encuentra la potencia de ruido de salida\(\text{dBm}\)?
      2. ¿Cuál es la diferencia entre los rangos dinámicos libres espurios referidos a entrada y salida?
      3. ¿En qué se encuentra el SFDR\(\text{dB}\)?
      4. ¿Cuál es la diferencia entre los rangos dinámicos referidos a entrada y salida?
      5. ¿En qué se encuentra la señal de salida mínima detectable\(\text{dBm}\)?
      6. ¿En qué consiste la DR referida a la salida\(\text{dB}\)?
    19. Al determinar el rango dinámico de un amplificador no se usa el nivel de compresión de ganancia. Discuta brevemente por qué.

    4.11.1 Ejercicios por Sección

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

    \(§4.2\: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11\)

    \(§4.3\: 12†, 13, 14, 15†, 16†, 17, 18, 19\)

    \(§4.5\: 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27\)

    \(§4.6\: 28, 29, 30, 31, 32\)

    4.11.2 Respuestas a ejercicios seleccionados

    1. g)\(39.8\)
    2. d)\(5.17\text{ dB}\)
    1. b)\(3\text{ dB}\)
    1. b)\(60\text{ dB}\)

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