RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A1000. Yleistä
|
|
- Anni Karjalainen
- 8 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A Luento Kurssin sisältö ja tavoitteet, kertausta DI Juho Tyster Yleistä Luentoja 4h, lasku- ja mikroluokkaharjoituksia 8h 6 opintopistettä Luennot keskiviikkoisin 9-1 salissa 7334 Kurssipalautteesta 1 lisäpiste vuoden 010 tentteihin Tuntitehtäviä...? 1
2 3. periodissa perinteiset laskuharkat (7 kertaa), 4. periodissa AD-mikroharkat (7 kertaa) Mikroharkoissa tehdään ohjatusti harjoitustyötä, tutustutaan ADohjelmistoon Lisenssejä N kappaletta, paikkana tod. näk. Cosini tai muu vastaava lainaluokka Harjoitustyö Kurssin harjoitustyönä on mikroaaltoalueen signaalivahvistimen suunnittelu ADohjelmistolla Työstä palautetaan raportti
3 Materiaalit Harjoituksissa jaetaan tehtävälaput, luentomateriaali ja harkkalaput tulevat Noppaan (aikanaan). Kurssikirja: David M. Pozar: Microwave engineering, 3rd ed. IBN X, John Wiley & ons, Inc. Vankka perusteos, kirjastossa joitakin kappaleita Vahvistinsuunnitteluun painottunut teos: G. Gonzalez: Microwave Transistor Amplifiers, Analysis and Design, nd ed. IBN Prentice Hall. Oheislukemista R. Ludwig, P. Bretchko: RF Circuit design, theory and applications, IBN Lisäksi jaetaan tarpeen mukaan tietopaketteja luennoilla, harkoissa... 3
4 Kurssin sisältö pääpiirteittäin Kertausta RF-tekniikan perusteista iirtolinjateoria mithin kartta -parametrit ovitukset Varsinaiset tämän kurssin asiat RF-transistori Vahvistuskäsitteet uorituskyvyn tunnusluvut: Kohina, dynaaminen alue, särö (THD, IM, PIM...) RF- ja mikroaaltoalueen vahvistinsuunnittelun perusperiaatteet ja työkalut tabiiliuskysymykset Pienikohinaisen vahvistimen (LNA) suunnittelun erikoisuudet Transistorin toimintakuntoon laitto eli BIAOINTI, biasointikytkennät. Aktiivinen biasointi virtapeilillä. Tehonsyöttö, ohitukset (konkat, kelat, neljännesaaltokuristimet) Passiiviset komponentit (ja piirilevy) 4
5 Boonusta (pintaraapaisuna) Mikroaaltoalueen diodit Oskillaattorit, VCO, taajuussynteesi Taajuuskertojat Mikseripiirit (esimerkkinä AM-radio) TEHOVAHVITIMET Tehotransistorit Putkipääterakenteet suuritehoisissa radio- ja tutkasovelluksissa Pääpaino ja tavoite Tavoitteena kyetä pienitehoisen mikroaaltoalueen transistorivahvistinasteen suunnitteluun ADohjelmiston avulla Keskeiset mitoitusvaiheet tehdään myös käsin (kartta) Tentti pohjautuu harjoituksiin ja luennoilla käytyihin asioihin 5
6 1. Luennon sisältö Kertaus iirtolinjateoria mithin kartta -parametrit ovitukset ij V i + V + j k V 0 kaikille k j iirtolinjateoria RF- ja mikroaaltoalueella kytkennän mittasuhteet huomattava murto-osa aallonpituudesta ähköinen koko Pienillä taajuuksilla piiriteoria on kohtalainen approksimaatio Likimain λ/16 -rajasta eteenpäin aletaan soveltaa siirtolinjateoriaa 6
7 ähkömagneettinen aalto Jännite ja virta ovat sähkömagneettisen aallon ilmenemismuotoja siirtotiellä iirtotienä voi olla eriste, aaltojohdin, aaltoputki Radioaallot vapaassa avaruudessa Aaltoputket esim. tutkalaitteissa, mikroaaltouunissa Koaksiaalikaapeli, parijohdin, mikroliuska Aaltojohto Rajoitutaan tarkastelemaan TEM-aaltoa (Transversal electric, transversal magnetic), aalto joka kykenee etenemään kaksijohtimisilla siirtoteillä Aaltojohtodifferentiaali ohuen ohut siivu i(z,t) i(z + z, t) L z R z v(z, t) G z C z v(z + z, t) z 7
8 i(z,t) i(z + z, t) L z R z G z C z v(z, t) v(z + z, t) z R johtimen sarjaresistanssi. Johdinmateriaalin ominaisuus. [Ω/m] L pitkittäinen induktanssi. Lähinnä aaltojohdon poikkileikkauksen mitoista riippuva. [H/m] G väliaineen (eristeen) konduktanssi. Eristehäviö, riippuu materiaalista. [/m] C kapasitanssi. Poikkileikkauksen mitoista ja väliaineen ε :stä riippuva. [F/m] i(z,t) i(z + z, t) L z R z G z C z v(z, t) v(z + z, t) z Häviöitä. Eriste ja johdinmetalli määräävä tekijä R johtimen sarjaresistanssi. Johdinmateriaalin ominaisuus. [Ω/m] L pitkittäinen induktanssi. Lähinnä aaltojohdon poikkileikkauksen mitoista riippuva. [H/m] G väliaineen (eristeen) konduktanssi. Eristehäviö, riippuu materiaalista. [/m] C kapasitanssi. Poikkileikkauksen mitoista ja väliaineen ε :stä riippuva. [F/m] 8
9 i(z,t) i(z + z, t) L z R z G z C z v(z, t) v(z + z, t) z Poikkileikkauksen mitat, eristeen ε r vaikuttaa C:hen (µ vaikuttaisi induktanssiin, mutta µ on usein eristemateriaaleilla sama kuin tyhjiöllä) R johtimen sarjaresistanssi. Johdinmateriaalin ominaisuus. [Ω/m] L pitkittäinen induktanssi. Lähinnä aaltojohdon poikkileikkauksen mitoista riippuva. [H/m] G väliaineen (eristeen) konduktanssi. Eristehäviö, riippuu materiaalista. [/m] C kapasitanssi. Poikkileikkauksen mitoista ja väliaineen ε :stä riippuva. [F/m] Aalto kulkee siis eristeessä, ei johtimissa. ähkökenttä. Virta esiintyy johtimissa, aallon magneettikentän komponentti. Aallon kulma muuttuu ajan ja paikan suhteen M-aalto ei ole vakio johtimen eri kohdissa samalla ajanhetkellä, eikä eri ajanhetkinä samalla kohdalla (aallon etenemissuunnassa), toistuen toki aallonpituuden välein (360º) 9
10 Aaltoyhtälöt sinimuotoisille aalloille Etenemiskerroin γ V ( z) V I ( z) I e e γz γz + V + I e e γz 0 γz 0 γ α+ jβ ( R+ jωl)( G+ jωc) Vaimenemisvakio α edustaa häviötä (R ja G), etenemisvakio β aallon kulkua johdossa (L ja C) Johtimen ominaisimpedanssi Z 0 R+ G+ jωl jωc V I Z 0 V I 0 0 V Z V Z + 0 I( z) γ z 0 e γ z e
11 Aallonpituus λ Aallon etenemisnopeus π β vp ω λ f β Häviötön siirtolinja R ja G ottavat huomioon johdinmateriaalin resistiivisen häviön ja eristeen häviön Etenemiskertoimen reaaliosa α Usein voidaan R ja G olettaa merkityksettömiksi aadaan häviötön siirtolinja, jossa Z 0 L C γ jβ ( α 0) β ω LC Miksi tyhjiön (tai ilman, likimain) ominaisimpedanssi on 377 Ω? 11
12 Käsittelemme kurssilla siirtolinjoja poikkeuksetta häviöttöminä, ellei toisin mainita AD-osiossa palaamme piirilevymateriaalien häviöiden vaikutuksiin mikroliuskajohtimen mitoituksessa Impedanssiin päätetty siirtolinja +z Z in Z 0, β Γ L Z L Γ in l z l 0 1
13 Heijastuskerroin on rajapinnasta palavaan ja rajapintaa kohti edenneen jänniteaallon välinen suhde Rajapinnan impedanssien avulla lausuttuna V Γ + V Z Z Z + Z 0 Γ e 0 L 0 jθ 0 L heijastunut aalto syötetty aalto Mikäli tarkastellaan heijastuskerrointa jonkin mielivaltaisen etäisyyden l päästä rajapinnasta, on kohdassa z l näkyvä heijastuskerroin jβ l V e Γ Γ jβ l V e 0 ( l) ( ) + 0 ( ) jβ l 0 e, kun ΓΓ 0 kohdassa z 0 13
14 Mikäli tarkastellaan heijastuskerrointa jonkin mielivaltaisen etäisyyden l päästä rajapinnasta, on kohdassa z l näkyvä heijastuskerroin jβ l V e Γ Γ jβ l V e 0 ( l) ( ) + 0 ( ) jβ l 0 e, kun ΓΓ 0 kohdassa z 0 Tärkeä kakkonen, näkyy mithin kartalla... mithin kartta Graafinen apuväline, jolla siirtolinjoja, heijastuskertoimia ja passiivikomponentteja voidaan käsitellä ilman laskinta Kompleksilukulaskin, joka osaa hyvin laskutoimituksen zl 1 Γ Γ z + 1 L e jθ z Z L L normalisointi Z0 14
15 Vakioreaktanssikaaret: resistanssi muuttuu Vakioresistanssikaaret: reaktanssi muuttuu Apuasteikot helpottavat elämää 15
16 mithin karttaa käytetään AINA normalisoiduilla impedanssi- ja admittanssisuureilla Kartta toimii sekä impedansseilla että admittansseilla, käyttäjä itse on vastuussa siitä, miten kartalla liikkuu Ei saa mennä sekaisin. Jos olet juuri laittanut kartalle impedanssipisteen, on myös seuraava piste impedanssipiste. Toimintatilaa muutettiin peilaamalla piste kartan keskustan kautta 180º z in 16
17 y in y 1 z Pyörimissuunnat, apuasteikot Pyörimissuunta yleensä kohti generaattoria Apuasteikot, sekaannuksen vaara Kulmat, etäisyydet (nekin ovat kulmia) jne. suureet luetaan kuten kulma luetaan. Reaktanssit ja suskeptanssit luetaan vastaavien kaarien apuasteikoilta. 17
18 z in z 18
19 x C z in y in 19
20 y in b L -parametrit -parametreilla eli sirontaparametreilla kuvataan mikroaaltopiirin porttien aaltokulkuominaisuuksia -parametrit muodostavat matriisin, jonka avulla jokaisen portin heijastunut ja etenevä aalto kuvataan Parametreja tulkitaan porttiparina (esimerkiksi 1 ) Piiriä itseään käsitellään mustana laatikkona 0
21 ij V i + V + j k V 0 kaikille k j + V V 1 V V + V V 3 V + 1 [] V 3 V V V V + Tarve sirontaparametreille Mikroaaltotaajuuksilla voi olla vaikeaa saada aikaiseksi hyvin käyttäytyvä oikosulku/avoin pää Jos piiri määriteltäisiin impedanssimatriisin avulla, olisi tulos epätarkka ei välttämättä edes mahdollista mitata uorittamalla mittaus ominaisimpedanssiin päätettynä, voidaan saada tarkkoja tuloksia 1
22 irontaparametrit ilmoitetaan taajuuden funktiona Parametrit ovat aina taajuuskohtaisia Mittaus suoritetaan piiristä vektoripiirianalysaattorilla (VNA) VNA tekee esimerkiksi piirin porttiin 1 taajuuspyyhkäisyn, ja mittaa portin 1 heijastuneen aallon ja portista saapuvan aallon. en jälkeen sama suoritetaan portista. Vahvistinsuunnittelussa transistorien - parametrit ovat oleellisin suunnitteluperuste transistorin toimintapiste vaikuttaa myös voimakkaasti parametreihin
23 ovituspiirit Z G Γ OUT Γ Z 0, β V G Z in Γ L Z L Γ in l Peruskurssilla käsiteltiin yleensä tilanteita, joissa generaattori oli sovitettu siirtolinjaan Z G Z 0 Mikroaaltovahvistimissa ja monissa muissa piireissä tämä ei kuitenkaan ole mahdollista, esimerkiksi transistorin tuloimpedanssi ei täsmää siirtolinjan kanssa Vahvistinkytkennöissä kaksiportin molemmissa päissä voi olla sovitustarve 3
24 ovitteet... Impedanssiepäjatkuvuuskohtaan tehdään sovituspiiri L-sovite keloista ja kondensaattoreista koostuva kytkentä, joka muodostaa halutun impedanssin muutoksen tubisovite suuremmille taajuuksille soveltuva, siirtolinjan pätkistä koostuva impedanssimuunnos Hyvä sovite on häviötön ja joskus esiintyy kaistanleveysvaatimuksia ovituksien suunnittelu mikroaaltotransistorin -parametrien ehdoilla on keskeisin osa vahvistimen suunnittelua Jos osaat sovittaa, osaat tehdä vahvistimen Peruskurssin pääpaino oli L-sovitteissa Tällä kurssilla pyrimme opettelemaan stubisovitusten perusteet (kelat ja konkat korvataan siirtolinjan pätkillä) mithin kartta tulee olemaan tärkeä työkalu 4
25 Kurssin asiat Varsinaiset tämän kurssin asiat RF-transistori Vahvistuskäsitteet uorituskyvyn tunnusluvut: Kohina, dynaaminen alue, särö (THD, IM, PIM...) RF- ja mikroaaltoalueen vahvistinsuunnittelun perusperiaatteet ja työkalut tabiiliuskysymykset Pienikohinaisen vahvistimen (LNA) suunnittelun erikoisuudet Transistorin toimintakuntoon laitto eli BIAOINTI, biasointikytkennät. Aktiivinen biasointi virtapeilillä. Tehonsyöttö, ohitukset (konkat, kelat, neljännesaaltokuristimet) Passiiviset komponentit (ja piirilevy) Boonusta Mikroaaltoalueen diodit Oskillaattorit, VCO, taajuussynteesi Taajuuskertojat Mikseripiirit (esimerkkinä AM-radio) TEHOVAHVITIMET Tehotransistorit Putkipääterakenteet suuritehoisissa radio- ja tutkasovelluksissa 5
26 Vahvistimien suunnittelu yleisesti Transistorilla toteutettava vahvistus on yleinen toimenpide mikroaaltoalueen laitteissa Tehoalue transistoreilla watin osista kilowattiluokkaan uuremmat tehot radio-, televisio- ja tutkasovelluksissa toteutetaan edelleen pääteasteputkilla (klystronit, tetrodit, TWT) Kännykkä sisältää mikroaaltoalueen tehovahvistimen, joka on toteutettu transistorilla RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A1000. Luento ovitukset, RF-transistorit DI Juho Tyster 6
27 Luennon sisältö ovitusten tekeminen siirtolinjan pätkillä (stubisovitus) vs. L-sovite ovituksen kaistanleveys Neljännesaaltokuristin Yleinen kaksiporttimalli Vahvistuskäsitteet RF-transistorit ja niiden ominaisuudet tabiilius 7
28 tubisovitus Kuorman impendanssi voidaan muuntaa halutuksi myös stubisovituksen avulla Kelat ja kondensaattorit korvataan siirtolinjan pätkillä Käytössä ovat oikosuljettu ja avoin stubi Z L 8
29 tubin etäisyys kuormasta d Z in Z 0 tubin pituus Z in Z 0 l avoin 9
30 tubin pituus Z in Z 0 l oikosuljettu 30
31 z in z in 31
32 z d y d 3
33 y in l tubisovite on suurilla taajuuksilla L-sovitetta parempi vaihtoehto Keskitetyt komponentit L ja C vaikea toteuttaa taajuuden kasvaessa (epäideaalisuudet) iirtolinja on usein mikroaaltokomponenteista ideaalisin... Ongelmia voi syntyä stubin päätteessä (avoin, oikosulku), riippuu siirtolinjan rakenteesta, taajuudesta 33
34 ekä L- että stubisovite ovat sellaisenaan hyvin kapeakaistaisia Usein voidaan sama sovitustehtävä ratkaista kahdella sovitteella, joista toinen on toista laajakaistaisempi Γ ovite 1 ovite f match f Neljännesaaltokuristin iirtolinjan pätkistä voidaan rakentaa siis induktansseja ja kapasitansseja tietylle pistetaajuudelle Taajuuden muuttuessa myös reaktanssi muuttuu Neljännesaallon (l λ/4) mittainen oikosulkuun päätetty siirtolinja näyttää toisesta päästä avoimelta (mitoitustaajuudella) Tällä voidaan korvata esim. kuristimia vahvistinkytkennöissä 34
35 Neljännesaaltokuristin... Usein käytetään suoran Z 0, λ/4 kuristimen vielä niin kutsuttua radiaalistubia, tai ainakin normaalia Z 0 :aa leveämpää stubia Tarkoitus on parantaa kaistanleveyttä, hyvin yleinen mikroaaltopiireissä Z Z 0 radiaalistubi RF- ja mikroaaltovahvistimien perusteet Vahvistuskäsitteet RF-transistori RF- ja mikroaaltoalueen vahvistinsuunnittelun perusperiaatteet ja työkalut Transistorin toimintakuntoon laitto eli BIAOINTI, biasointikytkennät. Aktiivinen biasointi virtapeilillä. Tehonsyöttö, ohitukset (konkat, kelat, neljännesaaltokuristimet) tabiiliuskysymykset 35
36 Vahvistimien suunnittelu yleisesti Transistorilla toteutettava vahvistus on yleinen toimenpide mikroaaltoalueen laitteissa Tehoalue transistoreilla watin osista kilowattiluokkaan uuremmat tehot radio-, televisio- ja tutkasovelluksissa toteutetaan edelleen pääteasteputkilla (klystronit, tetrodit, TWT) Kännykkä sisältää mikroaaltoalueen tehovahvistimen, joka on toteutettu transistorilla Z G, Z V G, V V 1 + V + 1 V 1 V [] V + Γ in Γ Γ L Γ out + V Z L ij V i + V + j k V 0 kaikille k j V V V V 36
37 P avs P in P avn P L [] G G P P L / P in G A P avn / P avs G T P L / P avs Tehovahvistus Yltötehovahvistus (konj. sov.) iirtotehovahvistus Vahvistuskäsitteet Mikäli sekä tulo että lähtö on konjugaattisesti sovitettu (suurin mahdollinen vahvistus), saadaan G G A G T 37
38 Vahvistuslausekkeet Γ Γ IN OUT Γ Γ 1 11 L L Γ Γ Vahvistuslausekkeisiin palataan vielä monta kertaa... RF-transistorit Transistoria käytetään yleisesti erilaisissa tehtävissä RF- ja mikroaaltokytkennöissä Vahvistimena ekoittimena Oskillaattorina jne... 38
39 BJT:t, FET:it jne... Jako kahteen pääryhmään: Liitostransistorit BJT (bipolar junction transistor) HBT (heterojunction bipolar transistor) Kanavatransistorit (FET) MEFET (metal semiconductor FET) HEMT (high electron mobility transistor) PHEMT (pseudo-morphic HEMT) MOFET (metal oxide semicond. FET) MIFET (metal insulator semicond. FET) Materiaalit Pii on perinteinen Halpaa, pienehköille taajuuksille Galliumarsenidi GaAs uurempi taajuus, johtuen suuremmasta varauksenkuljettajien liikkumiskyvystä Hyvät kohinaominaisuudet Indiumfosfidi InP Vielä nopeampi materiaali kuin GaAs 39
40 Lähde: David M. Pozar: Microwave engineering, 3rd ed. IBN X, John Wiley & ons, Inc. s. 5 Liitostransistorit (BJT, HBT) Yleisesti npn, käytössä n. alle -4 GHz taajuuksilla johtuen suuremmasta vahvistuksesta tällä alueella, huokeammasta hinnasta Kohisevat enemmän kuin FETit 40
41 Kanavatransistorit Käyttökelpoinen taajuusalue ulottuu 100 GHz:iin Pienikohinaisia, yleensä pienin kohina saavutetaan toimintapisteen I D 15 % I D ympäristössä Käyttö suuremmalla teholla (suurempi I D lepopiste) kasvattaa kohinaa Biasointi Transistorit biasoidaan johonkin sopivaan toimintapisteeseen, jossa saadaan halutut vahvistusominaisuudet Biasointi saa aikaan lepotilan virran ja jännitteen transistoriin Biasointilähde on erotettava RF-signaaleista esim. neljännesaaltokuristimien tai tavanomaisten kuristimien avulla Biasointi voidaan toteuttaa vastuksilla, vakiovirtalähteellä tms. transistorin ulkoisella apupiirillä Noudattelee kuristimia lukuun ottamatta jo opittuja biasointiperiaatteita Emitteri- tai lähdevastuksia/kondensaattoreita EI käytetä! 41
42 Vahvistinsuunnittelu Vahvistimen suunnittelu pohjautuu joko - parametreihin tai sijaiskytkentään (simulaatiomalli) -parametrit Yksinkertainen menetelmä -parametrit ovat taajuuden funktio. Parametrit täytyy määritellä koko laitteen oletetulla taajuuskaistalla (stabiilisuus...). imulaatiomalli (sijaiskytkentäpohjainen) Piirisimulaattorin tuoma nykyaikainen mahdollisuus Pohjautuu transistorin sisäisiin parametreihin, mekaniikkaan, puolijohdefysiikkaan Voivat tuottaa varsin poikkeavia tuloksia mitatuista arvoista, mikäli parametrit ovat pielessä tabiiliuskysymys G G 0 [] G L Γ in Γ Γ L Γ out Mahdollisuus värähtelyyn mikäli tulo- tai lähtöimpedanssin reaaliosa on negatiivinen (negatiivinen resistanssi) Γin > 1 tai Γout > 1 4
43 Tulo- ja lähtöimpedanssit riippuvat sovituspiireistä -parametrien lisäksi Γ Γ IN OUT Γ Γ 1 11 L L Γ Γ Ehdottoman stabiili tapaus: Kytkennän Γ in < 1 ja Γ out < 1 kaikille passiivisille lähde- ja kuormaimpedansseille Mahdollisesti epästabiili tapaus: Kytkennän Γ in < 1 ja Γ out < 1 vain tietylle lähde- ja kuormaimpedanssialueelle tabiilius on tarkastettava kaikilla taajuuksilla, ei vain mitoitustaajuudella 43
44 Kriteerejä K- testi Ehdottoman stabiili, mikäli K > 1 ja < 1 1 K 11 µ-testi Ehdottoman stabiili, mikäli µ > µ 1 11 * Yksiasteisen transistorivahvistimen suunnittelu Kun transistorin stabiilius on varmistettu ja stabiilit alueet määritelty mithin kartalta, voidaan suunnitella tulon ja lähdön sovitukset G 0 riippuu käytettävästä transistorista. G T voidaan säätää kohdalleen tulon ja lähdön sovitusten vahvistuksilla G ja G L Maksimivahvistus saadaan, kun tulossa ja lähdössä konjugaattiset sovitukset 44
45 G G 0 [] 1 Γ 1G 11 L G Γ G T G G 0 G L G 1 Γ 1 Γ Γ in G 0 1 G L 1 ΓL 1 Γ L Unilat.: Γ in 11 Unilat.: Γ out Konjugaattinen sovitus, maksimivahvistus G G 0 [] G L Γ in Γ * Γ Γ L Γ out Γ out * Unilateraalisessa tapauksessa ( 1 0) G TU
46 Yhtäaikaiset konjugaattiset sovitukset (bilateraalinen) Γ Γ Ms ML B1 ± B ± B 1 C B 1 C 4C 1 4C B 1+ C C B 1+ * * ΓML 1 T, max ΓMs 1 ΓML 1 ( K K ) GP,max GA, max G Yhtäaikaiset konjugaattiset sovitukset Γ Ms :n ja Γ ML :n yhtälöiden ratkaisu on mahdollista, mikäli neliöjuuren sisällä oleva lauseke positiivinen Voidaan osoittaa, että ehto toteutuu, kun K > 1 ehdottoman stabiilit transistorit voidaan aina suunnitella maksimivahvistukselle Mahdollisesti epästabiilit transistorin voidaan suunnitella maksimivahvistukselle, mikäli K > 1 ja < 1, (epästabiilin transistorin ) G T,max 46
47 RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A Luento Vahvistinsuunnittelun perusteet DI Juho Tyster Luennon sisältö Lisää asiaa stabiiliudesta Vahvistinsuunnittelun perusteet Maksimivahvistus Vahvistusympyrät Kohina 47
48 Vahvistinsuunnittelu Vahvistimen suunnittelu pohjautuu joko - parametreihin tai sijaiskytkentään (simulaatiomalli) -parametrit Yksinkertainen menetelmä -parametrit ovat taajuuden funktio. Parametrit täytyy määritellä koko laitteen oletetulla taajuuskaistalla (stabiilisuus...). imulaatiomalli (sijaiskytkentäpohjainen) Piirisimulaattorin tuoma nykyaikainen mahdollisuus Pohjautuu transistorin sisäisiin parametreihin, mekaniikkaan, puolijohdefysiikkaan Voivat tuottaa varsin poikkeavia tuloksia mitatuista arvoista, mikäli parametrit ovat pielessä tabiiliuskysymys G G 0 [] G L Γ in Γ Γ L Γ out Mahdollisuus värähtelyyn mikäli tulo- tai lähtöimpedanssin reaaliosa on negatiivinen (negatiivinen resistanssi) Γin > 1 tai Γout > 1 48
49 Tulo- ja lähtöimpedanssit riippuvat sovituspiireistä -parametrien lisäksi Γ Γ IN OUT Γ Γ 1 11 L L Γ Γ Ehdottoman stabiili tapaus: Kytkennän Γ in < 1 ja Γ out < 1 kaikille passiivisille lähde- ja kuormaimpedansseille Mahdollisesti epästabiili tapaus: Kytkennän Γ in < 1 ja Γ out < 1 vain tietylle lähde- ja kuormaimpedanssialueelle tabiilius on tarkastettava kaikilla taajuuksilla, ei vain mitoitustaajuudella 49
50 Kriteerejä K- testi (Rollet) Ehdottoman stabiili, mikäli K > 1 ja < K µ-testi Ehdottoman stabiili, mikäli µ > 1 µ 1 11 * tabiiliusympyrät Mikäli K -testi tuottaa kielteisen tuloksen (K < 1, > 1), täytyy vahvistimen stabiilius tutkia stabiiliusympyröiden avulla tabiiliusympyrät esittävät ne alueet Γ :lle ja Γ L :lle, joissa vahvistin ei ole stabiili ovitusten heijastuskertoimia ei saa sijoittaa epästabiilille alueelle 50
51 Johtamalla lausekkeista 1 1 L Γ in 11+ < 1 ΓL 1 1 Γ out + < 1 11Γ saadaan sekä tuloon että lähtöön rajaavat ympyrät C * ( 11 ) 11 *, Γ Γ C 1, L 1 * ( 11) *, R R L 1 1 C * ( 11 ) 11 *, Γ -taso R
52 C * ( 11 ) 11 *, Γ -taso R Jos < 1, ympyrä rajaa sisäänsä epästabiilin alueen C * ( 11 ) 11 *, Γ -taso R
53 Γ vaikuttaa lähtöön, eli väärällä valinnalla lähtö värähtelee Γ L vaikuttaa tuloon, eli väärällä valinnalla tulo värähtelee tabiiliusympyrät rajoittavat vahvistimen suunnittelua maksimivahvistukselle Esimerkki Olkoon määritellään transistorin stabiilius käyttäen K - testiä, ja piirretään mahdolliset stabiiliusympyrät 53
54 0.696 K < 1, mahdollisesti epästabiili C L Lähtö * ( 11) * RL C Tulo * ( 11 ) * R Γ Γ L 54
55 Γ Γ L KIELLETTY ALUE Yksiasteisen transistorivahvistimen suunnittelu Kun transistorin stabiilius on varmistettu ja stabiilit alueet määritelty mithin kartalta, voidaan suunnitella tulon ja lähdön sovitukset G 0 riippuu käytettävästä transistorista. G T voidaan säätää kohdalleen tulon ja lähdön sovitusten vahvistuksilla G ja G L Maksimivahvistus saadaan, kun tulossa ja lähdössä konjugaattiset sovitukset 55
56 Z G, Z V G, V V 1 + V + 1 V 1 V [] V + Γ in Γ Γ L Γ out + V Z L ij V i + V + j k V 0 kaikille k j V V V V P avs P in P avn P L [] G G P P L / P in G A P avn / P avs G T P L / P avs Tehovahvistus Yltötehovahvistus (konj. sov.) iirtotehovahvistus 56
57 Vahvistuskäsitteet Mikäli sekä tulo että lähtö on konjugaattisesti sovitettu (suurin mahdollinen vahvistus), saadaan G G A G T Vahvistuslausekkeet Γ Γ IN OUT Γ Γ 1 11 L L Γ Γ Vahvistuslausekkeisiin palataan vielä monta kertaa... 57
58 G G 0 [] 1 Γ 1G 11 L G Γ G T G G 0 G L G 1 Γ 1 Γ Γ in G 0 1 G L 1 ΓL 1 Γ L Unilat.: Γ in 11 Unilat.: Γ out Konjugaattinen sovitus, maksimivahvistus G G 0 [] G L Γ in Γ * Γ Γ L Γ out Γ L * Unilateraalisessa tapauksessa ( 1 0) G TU
59 Maksimivahvistus bilateraalisessa tapauksessa Γ Γ Γ + Γ * 1 1 L IN 11 1 L Γ Γ Γ + Γ * 1 1 OUT L 1 11 Tulosovite riippuu kuorman heijastuskertoimesta, ja lähtösovite tulon heijastuskertoimesta, mikäli transistori ei ole unilateraalinen ( 1 0) molemmat on ratkaistava yhtä aikaa (yhtälöpari...) Yhtäaikaiset konjugaattiset sovitukset (bilateraalinen) M 1± C1 ± 4 B B C Γ * C B B C 1 11 Γ ML * C C B B ΓML 1 T, max ΓMs 1 ΓML 1 ( K K ) GP,max GA, max G 59
60 Yhtäaikaiset konjugaattiset sovitukset Γ Ms :n ja Γ ML :n yhtälöiden ratkaisu on mahdollista, mikäli neliöjuuren sisällä oleva lauseke positiivinen Voidaan osoittaa, että ehto toteutuu, kun K > 1 ehdottoman stabiilit transistorit voidaan aina suunnitella maksimivahvistukselle Mahdollisesti epästabiilit transistorin voidaan suunnitella maksimivahvistukselle, mikäli K > 1 ja < 1, (epästabiilin transistorin ) G T,max uunnittelu G Tmax :a pienemmälle vahvistukselle Konjugaattisilla sovituksilla päädytään aina maksimivahvistukseen siirtotehovahvistus G T on suurin mahdollinen konj. 1 Γ G konj Γ ( 1) G K K 1 T max 1 60
61 uunnittelu G Tmax :a pienemmälle vahvistukselle Tulo- ja lähtösovituksia voi tahallaan huonontaa ts. poiketa konjugaattisesta saadaan pienempi G T 1 Γ G 1 11 Γ Γ? Γ L? Vahvistusympyrät: haluttu G T Maksimivahvistuksella tulo- ja lähtöheijastuskertoimet ovat yksikäsitteisiä pisteitä mithin kartalla Mikäli sovitteita muutetaan niin, että G ja/tai G L tuottavat konjugaattisesta poikkeavan sovituksen, voidaan vakiovahvistuksen antavat Γ ja Γ L esittää vakiovahvistusympyröinä ympyräparvi suppenee kohti konjugaattisia sovituksia, luonnollisesti 61
62 Ratkaisutapa unilateraalisessa tapauksessa sovitteiden vahvistukset ovat G 1 Γ 1 Γ L G L 1 11 Γ 1 Γ L maksimivahvistukset konjugaattisilla sovituksilla 1 1 G L max 1 G max 1 11 määritellään normalisoidut vahvistukset g G G max g L G G L L max kuten stabiiliusympyröiden tapauksessa oli, voidaan nyt johtaa vakiovahvistusympyrät tulo- ja lähtösovitteille (johto kts. Pozar) C R * g11 1 (1 g ) 1 g 1 11 ( 11 ) 1 (1 g ) 11, C R L L * gl 1 (1 g ) L 1 g 1 L ( ) 1 (1 g ) L, g G G max haluttu vahvistus g L G G L L max haluttu vahvistus 6
63 11 * -kulma Γ Γ L * -kulma konjugaattisovitus tulossa, G max, Γ 11 * G 3 db G db G 1 db G 0 db konjugaattisovitus lähdössä G Lmax, Γ L * G L 1 db G L 0 db G T on siis valittujen sovitusvahvistusten ja transistorin vahvistuksen mukainen Heijastuskertoimet voi toki valita mistä kohtaa ympyrän kehiä tahansa, mutta yleisesti ottaen paras kaistanleveys saavutetaan valitsemalla heijastuskertoimet mahdollisimman läheltä kartan keskustaa 63
64 Ominaisuuksia uunnittelu onnistuu myös mahdollisesti epästabiilille transistorille Joka tapauksessa generaattorin ja tulosovittimen rajapinnassa on nyt heijastusta, mikäli sovite ei ole konjugaattinen näyttää huonolta ulospäin voi vaatia vielä yhden sovituksen, jos halutaan heijastukseton rajapinta generaattorille uurempi kaistanleveys kuin konjugaattisella sovituksella voidaan saavuttaa kohinan kannalta optimaalinen toimintapiste tulon heijastuskertoimelle JOTA PÄÄTÄÄNKIN LNA -VAHVITIMEN PARIIN 64
65 LNA-vahvistin (Low Noise Amplifier) Esimerkiksi radiovastaanottimen antennipiirin vahvistimen on syytä olla matalakohinainen, jotta koko järjestelmän kohinataso olisi pienin mahdollinen LNA ~ ~ LNA-vahvistin (Low Noise Amplifier) maksimivahvistus (konj. sov.) ei tuota yleensä parasta kohinalukua vahvistimessa revittäessä suurinta mahdollista vahvistusta järjestelmästä, huononee kohinaluku tutustutaan transistorin kohinaa kuvaaviin parametreihin ja havaitaan tulosovitteen merkitys kohinaluvun kannalta 65
66 Transistorin oleellisimmat kohinaparametrit meidän kannalta F min pienin kohinaluku, joka saavutetaan kun Γ Γ opt Γ opt tulon heijastuskerroin, jolla pienin kohina saavutetaan R N kohinaresistanssi Kohinaluku Kohinaluku on desibeleissä ilmoitettu suhteellinen kohinateho, jonka vertailuarvona on esim. 50 Ω resistanssin ominaiskohina nimellisessä toimintalämpötilassa kohinaluku kertoo, kuinka paljon esim. transistori kohisee enemmän kuin kytkennän ominaisimpedanssin mukainen resistanssi 0 db on siis ideaalinen kohinaluku usein kohinaluku voi olla LNA:lla alle db 66
67 Valmistaja ilmoittaa parametrit datalehdessä Kohinaluku saadaan laskemalla lausekkeella F 4R F + Γ Γ N opt min Z0 1 Γ 1+Γopt ( ) Valmistaja ilmoittaa parametrit datalehdessä Kohinaluku saadaan laskemalla lausekkeella F 4R F + Γ Γ N opt min Z0 1 Γ 1+Γopt ( ) Lausekkeesta on alkujaan ollut olemassa muoto, joka toimii admittansseilla eikä heijastuskertoimilla, toiminto on muuten täysin sama... (Pozar s. 558)!! Lausekkeissa EI AA KÄYTTÄÄ DEIBELEJÄ!! 67
68 Kohinaympyrät Määritellään kohinalukuparametri N N Γ Γ F F opt min 1+Γ opt 1 Γ 4R N Z0 Tavoitekohinaluku, suunnittelijan määräämä tekijä!! Lausekkeissa EI AA KÄYTTÄÄ DEIBELEJÄ!! Ympyrät... Kuten stabiilius- ja vakiovahvistusympyröiden tapauksessa, ratkaistaan luvun N perusteella se joukko heijastuskertoimia (ympyrän kehä) jotka tuottavat halutun kohinaluvun C R F F Γopt, N+ 1 ( + 1 Γopt ) N N N+ 1!! Lausekkeissa EI AA KÄYTTÄÄ DEIBELEJÄ!! 68
69 Γ, kohinan kannalta pienin kohina, FF min, Γ Γ opt F db F 3 db F 4 db Γ, kohinan kannalta Γ, tulosovitteen vahvistuksen kannalta pienin kohina, FF min, G max Γ Γ opt F db F 3 db F 4 db 69
70 LNA-vahvistin on siis kompromissi vahvistuksen ja kohinan kesken Valitaan se Γ joka tuottaa yhtä aikaa vaaditun kohinaluvun ja tulosovitteen vahvistuksen (josta edelleen vaadittu siirtotehovahvistus G T RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A Luento Dynaaminen alue ja särö DI Juho Tyster 70
71 Luennon sisältö Transistorivahvistimen dynaaminen alue Vahvistimen lineaarisuus ja särö Keskeismodulaatiosärö IMD Passiivinen keskeismodulaatiosärö Dynaaminen alue Ideaalinen vahvistin kykenee tuottamaan ulostuloon vahvistetun version syöttävästä signaalista kaikilla mahdollisilla tulo- ja lähtösignaalin arvoilla Käytännössä näin ei ole Pohjakohina Vahvistimen epälineaarisuus ja tehokompressio Kolmannen kertaluvun harhatoistot Transistorin tehonkesto 71
72 P out (dbm) 0 10 P in 10 db P out Ideaalinen vahvistin 1 db pohjakohina 1 db tehokompressiopiste P in (dbm) P out (dbm) 0 10 P in 10 db P out Ideaalinen vahvistin saturaatio tuhoutuminen 1 db lineaarinen alue pohjakohina 1 db tehokompressiopiste P in (dbm) 7
73 Pohjakohina Kohinaa syntyy useiden prosessien johdosta Lämpökohina 1/f -kohina (Flicker noise) Raekohina (hot noise) Kvanttikohina Kohinalähteinä voivat toimia myös ulkoiset tekijät Maailmankaikkeus (joskus tämä on juurikin se mitattava signaali) 73
74 Vastuksen lämpökohina Perustuu lämpökohinalausekkeisiin (Pozar s. 489) V n 4h f BR hf / kt e 1 Vn 4kT BR (approksimaatio) h Planckin vakio k Boltzmannin vakio T lämpötila [K] Pn ktb B kaistanleveys [Hz] f kaistan keskitaajuus R resistanssi [Ω] Pohjakohina on tyypillisesti luokkaa -60 db db mikroaaltovahvistimilla Pohjakohina määrittelee alimman mahdollisen signaalitason Kohinaa muodostuu kaikissa häviöllisissä komponenteissa Pohjakohinan alapuolella järjestelmä ei ole lineaarinen, sillä lähtöteho ei vastaa vahvistunutta tulosignaalia 74
75 Tehokompressio 1 db kompressiopisteessä ulostuloteho on vaimentunut 1 db täyteen vahvistukseen verrattuna Vahvistin alkaa olla merkittävän epälineaarinen aturaatio alkaa Dynaaminen alue... Dynaamista aluetta rajoittaa siis pienillä signaaleilla kohina, suurilla signaaleilla tehokompressio ja epälineaarisuus 75
76 Epälineaarinen komponentti Epälineaarisen komponentin lähtösignaali koostuu tulosignaalin taajuuksien vahvistuneista (tai vaimentuneista) monikerroista Epälineaarisuus voi olla myös hyödyllinen ominaisuus (taajuuskertojat, mikserit, ilmaisimet) Epälineaarisuus yleisesti Olkoon tulosignaali v i ja lähtösignaali v o v i epälineaarinen systeemi v o v a a v a v a v 3 o 0+ 1 i+ i + 3 i
77 Epälineaarisuus yleisesti Olkoon tulosignaali v i ja lähtösignaali v o v i epälineaarinen systeemi v o v a a v a v a v 3 o 0+ 1 i+ i + 3 i +... Uusia harmoonisia taajuuskomponentteja muodostuu Jos vahvistimen tulosignaali sisältää yhden pistetaajuuden v V cosω t i 0 0 on vahvistus alkuperäiselle taajuudelle (johdettu Taylorin sarjasta) 3 Gv a + a V
78 Jos vahvistimen tulosignaali sisältää yhden pistetaajuuden v V cosω t i 0 0 on vahvistus alkuperäiselle taajuudelle (johdettu Taylorin sarjasta) 3 Gv a + a V Epälineaariset vahvistustermit saavat aikaan tulosignaalin voimakkuudesta riippuvan vaimennuksen (a 3 negatiivinen) Tehokompressio Vahvistimilla lähtötehoa, jossa teho on tippunut 1 db lineaariseen vahvistimeen verrattuna, merkitään symbolilla P 1 78
79 Keskeismodulaatiosärö IMD eli intermodulation distortion Häiritsee merkittävästi vahvistimen lineaarista toimintaa, kun tarkastellaan tulossa esiintyviä, lähekkäin olevia taajuuksia Jos vahvistimen tulosignaali sisältää kaksi lähekkäin olevaa pistetaajuutta i ( cosω cosω ) v V t+ t 0 1 voidaan lähdössä esiintyvät taajuuskomponentit johtaa muotoon mω + nω 1 jossa m, n 0, ±1, ±, ±3, 79
80 umma- ja erotustaajuuksia kutsutaan keskeismodulaatiokomponenteiksi (intermodulation products) komponenttien kertaluku on m + n Esimerkiksi toisen kertaluvun komponentit ovat ω 1 ω ω ω 1 ω + ω 1 Ongelmaksi muodostuvat kolmannen kertaluvun komponentit 3ω 1 3ω ω + ω 1 ω + ω 1 ω ω 1 ω ω 1 80
81 Ongelmaksi muodostuvat kolmannen kertaluvun komponentit 3ω 1 3ω ω + ω 1 ω + ω 1 ω ω 1 ω ω 1 Lähellä alkuperäisiä taajuuksia, jos ω 1 ja ω ovat lähellä toisiaan Vahvistimen kaistanleveys ω 1 -ω ω -ω 1 ω 1 ω 81
82 P 3, IP3 Kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiokomponenttien voimakkuus kasvaa tulojännitteen kuutioon verrannollisena Voidaan määritellä keinotekoinen tehopiste, jossa 3. kertaluvun komponentit saavuttavat voimakkuudeltaan lineaarisen vahvistetun komponentin P out (dbm) lineaarinen termi kuutiotermi P 3 -tehopiste P in (dbm) 8
83 Dynaaminen alue Näiden tekijöiden jälkeen voidaan määritellä kaksi dynaamisen alueen käsitettä lineaarisen toiminnan dynaaminen alue DR l harhatoistoton dynaaminen alue DR f P out (dbm) db 0 DR l 10 0 DR f P in (dbm) 83
84 Passiivinen keskeismodulaatiosärö PIM Keskeismodulaatiota esiintyy myös erilaisten epälineaaristen prosessien vaikutuksesta passiivisissa komponenteissa uurilla tehoilla yntymekanismi hapettuneet liitokset, lika, kipinöinti... Vaikea etukäteen ennakoida, todetaan lähinnä mittaamalla RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A Luento Tehovahvistusympyrät, vahvistimen suunnittelu bilateraaliselle transistorille DI Juho Tyster 84
85 Bilateraalinen transistori Maksimivahvistukselle voitiin esittää yhtäaikaisen konjugaattisen sovituksen lausekkeet, mikäli transistori on ehdottoman stabiili ko. taajuudella Vakiovahvistusympyrät esiteltiin unilateraaliselle transistorille Yhtäaikaiset konjugaattiset sovitukset (bilateraalinen) Γ M Γ ML 1± C1 ± 4 B B C B B C C 1 11 B * 1 11 * 11 B 1+ C C 1 1 ΓML 1 T, max ΓMs 1 ΓML 1 ( K K ) GP,max GA, max G 85
86 Vahvistuslausekkeet Γ Γ IN OUT Γ Γ 1 11 L L Γ Γ Ratkaisutapa unilateraalisessa tapauksessa sovitteiden vahvistukset ovat G 1 Γ 1 Γ L G L 1 11 Γ 1 Γ L maksimivahvistukset konjugaattisilla sovituksilla 1 1 G L max 1 G max 1 11 määritellään normalisoidut vahvistukset g G G max GL gl G L max 86
87 kuten stabiiliusympyröiden tapauksessa oli, voidaan nyt johtaa vakiovahvistusympyrät tulo- ja lähtösovitteille (johto kts. Pozar) C R * g11 1 (1 g ) 1 g 1 11 ( 11 ) 1 (1 g ) 11, C R L L * gl 1 (1 g ) L 1 g 1 L ( ) 1 (1 g ) L, g G G max haluttu vahvistus g L G G L L max haluttu vahvistus 11 * -kulma Γ Γ L * -kulma konjugaattisovitus tulossa, G max, Γ 11 * konjugaattisovitus lähdössä G Lmax, Γ L * G 3 db G db G 1 db G L 1 db G L 0 db G 0 db 87
88 Unilateraalisessa tapauksessa vahvistusympyröiden avulla voitiin vahvistusta muuttaa, ja samalla mahdollistettiin LNA-suunnittelu Bilateraalinen tapaus Mikäli transistorin 1 0, ja unilateraalisuutta kuvaava suure U on suuri, joudutaan vahvistinsuunnittelun avuksi ottamaan uusia menetelmiä 88
89 Yltötehovahvistusympyrä G A -ympyrä soveltuu kaikkiin tapauksiin, eikä sitä varten tarvitse tehdä unilateraalista oletusta Transistorin stabiilius otetaan huomioon stabiiliusympyröiden avulla Käsin laskettavaksi melko raskas, sillä mahdollisesti epästabiilissa tapauksessa tarvitaan stab. ympyröiden analysointi Periaate P avs P in P avn P L [] G G P P L / P in G A P avn / P avs G T P L / P avs Tehovahvistus Yltötehovahvistus iirtotehovahvistus 89
90 G G 0 [] G L 11 1 Γ G 1 Γ G T G G 0 G L G 1 Γ 1 Γ 11 G 0 1 G L 1 ΓL 1 Γ Γ out L Yhteys konjugaattiseen sovitukseen Mikäli vahvistin suunnitellaan siten, että lähdössä on konjugaattinen sovitus, on G A G T Aina ei ole mahdollista tehdä lähtöön konjugaattista sovitetta, stabiilius... 90
91 G A -ympyrän lauseke C R A A g C 1+ g a a 1 ( 11 ) 1 K g + g 1+ g g jossa G, 1 1 a 1 1 a a ( 11 ) A * a C 1 G A -ympyrän lauseke C R A A g C 1+ g a a 1 ( 11 ) 1 K g + g 1+ g g G, 1 1 a 1 1 a a ( 11 ) jossa haluttu vahvistus A * a C 1 91
92 Yltötehovahvistus on Γ :n funktio, joten ympyrä piirretään Γ -tasoon amassa tasossa on mahdollista esittää myös kohinaympyrä LNA-vahvistinsuunnittelu saadaan yhtä aikaa toteutettua Valitun Γ -pisteen perusteella lasketaan Γ out, jonka avulla pyritään tekemään lähtöön konjugaattinen sovitus tabiiliustarkastelu on nyt tehtävä suunnittelijan toimesta, sillä menetelmällä on mahdollista tehdä vahvistin myös mahdollisesti epästabiilin transistorin tapauksessa tabiilius tarkastetaan piirtämällä molempiin sovitetasoihin stabiiliusympyrät Käsin laskemalla raskas menetelmä Helppo laskea/piirtää tietokoneella 9
93 Laskuesimerkki MATLABilla Otetaan esimerkiksi NE kanavatransistori, ja tutkitaan jollakin taajuudella ympyrän käyttäytymistä erilaisilla vahvistuksen arvoilla Lähtösovitteen heijastuskertoimen juuriura Kun tulon heijastuskerroin käy läpi kaikki ympyrän pisteet, piirtyy vastaavasti lähtösovitetasoon juuriura Uran avulla voidaan hahmottaa konjugaattisovituksen mahdollisuutta Kaikki ne uran pisteet, jotka sijaitsevat stabiililla alueella, kelpaavat konjugaattiseen sovitukseen Turvallisinta on valita etäisin piste stabiiliuden reunasta 93
94 G A -ympyrä Γ * -juuriura Γ -taso Γ L -taso Mikäli lähtösovitetta ei voida esim. stabiiliussyistä valita Γ out :n konjugaatiksi, voidaan juuriuraa myöten siirtyä stabiilimpaan kohtaan Tällöin tarkastetaan tulon heijastuskerroin uudestaan 94
95 Kun lähtö on konjugaattisesti sovitettu [] Γ Γ L Γ out * Γ out G T 11 ΓL 1 1 Γ 1 1 Γ 1 Γ Γ out L Γ Γ + 1 Γ OUT RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A Luento RF-diodit DI Juho Tyster 95
96 Diodi Yksinkertaisin aktiivinen komponentti Tarkastelu joko yksi- tai kaksiporttina (riipuen kytkennästä/sovelluksesta) Toiminta perustuu epälineaariseen jännitevirtariippuvuuteen (V-I -käyrä) Käyttökohteita Tasasuuntaimena ja ilmaisimena ekoittimena ja demodulaattorina Kytkimenä Taajuuskertojana Oskillaattorin aktiivisena komponenttina (tunnelidiodioskillaattorit, varaktori) Oskillaattorirakenteista erikseen luento 96
97 PN-piidiodi ja chottky-diodi Matalilla taajuuksilla käytettävä PN-liitosdiodi on usein RFMW-alueella käyttökelvoton suuren liitoskapasitanssinsa takia uurilla taajuuksilla käytetään yleisemmin chottky-diodia, jonka metallipuolijohderajapinta on huomattavasti pienempi kapasitanssiltaan PN-diodi on edelleen kelvollinen esim. varaktorina (viritysdiodi, jänniteohjattu kapasitanssi) Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. 97
98 chottky-diodia tarkastellaan epälineaarisena vastuksena, jolla on epälineaarinen jännitevirtariippuvuus I( V ) I I( V ) I s 0 αv ( e 1) + i I 0 + vg d v + G ' d Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. ijaiskytkentä L p Z d C p C j (V) R s R j (V) 98
99 ijaiskytkentä Hajareaktanssit L p taattinen resistanssi Z d C p C j (V) R s R j (V) ijaiskytkentä L p Z d C p C j (V) R s R j (V) Liitoksen jänniteriippuvat komponentit 99
100 Dioditasasuuntaajat ja ilmaisimet Tasasuuntaaja muuntaa osan RF-signaalista DC-tehoksi Yleinen toimenpide RFMW-kytkennöissä tehon ilmaisimet, automaattiset tasonsäätöpiirit, signaalin voimakkuusilmaisimet tyypillinen herkkyys mv/mw Diodi-ilmaisimissa diodin epälineaarisuutta hyödynnetään demoduloimaan amplitudimoduloitu RF-kantoaalto demoduloitu signaali kantoaalto hyötytaajuus 0 ω m ω m ω 0 -ω m ω 0 +ω jne... m ω 0 ω 0 100
101 uodattamalla valitaan diodin tuottamasta signaalista haluttu hyötykaista Diodi-ilmaisimet toimivat ns. square-law alueella, joka pätee vain tietyille tehotasoille suurilla tehotasoilla lähtö saturoituu ja pienillä signaalia ei voida erottaa pohjakohinasta erityisen tärkeää esim. WR-ilmaisimissa ja signaalitason ilmaisimissa ilmaisimen biasointi parhaan herkkyyden saamiseksi 10 v in v out v out (db) 0 10 n. 30 mv...40 mv, tyypillisesti square-law -alue pohjakohina P in (dbm) 101
102 PIN-diodit ja ohjauspiirit PIN p-type - intrinsic - n-type Mikroaaltojärjestelmissä käytetään paljon kytkimiä tehon virtauksen ohjaamiseen kytkimiä voidaan myös vaiheensiirtimien ja vaimentimien tekemiseen mekaaniset kytkimet tyypillisesti koaksiaalisia tai aaltojohtoja isoja ja hitaita PIN-diodia voidaan hyödyntää elektronisena kytkimenä helposti integroitavissa planaariseen kytkentään, erittäin nopea (<10 ns) Estosuuntaan biasoituna PIN-diodilla on pieni liitoskapasitanssi, joka johtaa verrattain suureen impedanssiin avoin kytkin Myötäsuuntaan biasoituna virta poistaa liitoskapasitanssin, jolloin diodin impedanssi on pieni suljettu kytkin 10
103 L p L p Z r Z f R r C j R f Estosuuntainen bias Myötäbias PIN-diodin biasointi täytyy toteuttaa samalla tavalla kuin vahvistimellekin Voidaan käyttää kytkimenä sekä sarja- että rinnan Väliinkytkentävaimennus (insertion loss, IL) ja estotilan vaimennus voidaan laskea diodin parametreista ja ne riippuvat myös siitä onko kytkin sarjassa vai rinnan Väliinkytkentävaimennusta voidaan pienentää usein lisäämällä ulkoinen reaktanssi sarjaan tai rinnan kompensoimaan diodin reaktanssia pienentää kaistanleveyttä 103
104 Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. 104
105 PIN-diodi vaiheensiirtimet PIN-diodikytkimien avulla voidaan rakentaa useita erityyppisiä vaiheensiirtimiä kytketty linja, kuormitettu linja, heijastus Kytketty linja Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. 105
106 Kuormitettu linja Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. Heijastusvaiheensiirrin, kvadratuurihybridillä Lähde: Microwave engineering, 3rd ed. Pozar, D. M. 004 John Wiley & ons, Inc. 106
107 Varaktoridiodit Varaktoridiodin liitoskapasitanssi muuttuu biasointijännitteen funktiona elektronisesti säädettävä reaktiivinen komponentti Tyypillisin sovellus paikallisoskillaattorin sähköinen viritys vastaanottimessa matkapuhelimet, WLAN-radiot, televisiot Toteutetaan käyttämällä varaktoridiodia transistorioskillaattorin resonanssipiirissä ja säätämällä biasointijännitettä Varaktoridiodin epälineaarisuus tekee siitä hyödyllisen myös taajuuskertojissa Valmistus piistä tai gallium-arsenidista ijaiskytkentä L p Z d C p C j (V) R s R j (V) 107
108 Tunnelidiodit Tunnelidiodien toimintakäyrässä on negatiivisen dynaamisen resistanssin alue Tästä seuraa dynaamisen signaalin (vaihtojännite, RF-signaali) kannalta negatiivinen resistanssi Negatiivisen resistanssin avulla voidaan toteuttaa ykköstä suurempia heijastuskertoimia oskillaattorit, heijastusvahvistimet Joitakin nykyisiä tyyppejä Vyörydiodi (Avalanche diode) IMPATT-diodi Gunn-diodi BARITT-diodi 108
109 IMPATT-diodi IMPATT-diodi (Impact Avalanche and Transit Time) Fyysinen rakenne samantapainen kuin PIN-diodilla, mutta sen ominaisuudet johtuvat Avalanche-efektistä Negatiivinen resistanssi laajalla taajuuskaistalla joka ulottuu alimillimetrialueella asti Voidaan suoraan muuntaa DC:tä RF-tehoksi Tyypillinen taajuuskaista 10 GHz 300GHz, hyötysuhde n. 15% Tehot kymmenistä wateista milliwatteihin (pienenee taajuuden funktiona) Käytännössä ainoa komponentti, jolla saatavissa tehoa yli 100 GHz:n kantataajuudella Käyttö myös taajuuskertojissa ja vahvistimissa Gunn-diodi Gunn-diodi on myös negatiivinen resistanssi, joten sitä voidaan käyttää DC:n muuntamiseksi RF:ksi Tehot useita satoja milliwatteja 1GHz 100GHz taajuuskaistalla, hyötysuhde 5%...15% Gunn-diodia hyödynnetään laajalti halvoissa sovelluksissa, kuten liikennetutkissa, liikkeentunnistimissa 109
110 BARITT-diodi BARITT-diodin (Barrier Injection Transit Time) rakenne on vastaavanlainen kuin BJT-transistorin, mutta ilman kantakontaktia Teho yleensä IMPATT-diodia pienempi, mutta etuna pienempi AM-kohina Hyödyllinen paikallisoskillaattorisovelluksissa n. 94 GHz:iin asti. Käytetään myös ilmaisimissa ja miksereissä 110
Radiotekniikan perusteet BL50A0301
Radiotekniikan perusteet BL50A0301 1. Luento Kurssin sisältö ja tavoitteet, sähkömagneettinen aalto Opetusjärjestelyt Luentoja 12h, laskuharjoituksia 12h, 1. periodi Luennot Juhamatti Korhonen Harjoitukset
LisätiedotRADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2)
SÄHKÖ- JA TIETOTEKNIIKAN OSASTO Radiotekniikka I RADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2) Työn tekijät Katja Vitikka 1835627 Hyväksytty / 2009 Arvosana Vitikka K. (2009) Oulun yliopisto, sähkö- ja
Lisätiedot1. Erään piirin impedanssimittauksissa saatiin seuraavat tulokset:
521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 4 1. Erään piirin impedanssimittauksissa saatiin seuraavat tulokset: f [MHz] [Ω] 870 120-j100 875 100-j80 880 80-j55 885 70-j30 890 70-j15 895 65+j10 900 70+j30
Lisätiedot521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3
51384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3 1. Tutkitaan mikroliuskajohtoa, jonka substraattina on kvartsi (ε r 3,8) ja jonka paksuus (h) on,15 mm. a) Mikä on liuskan leveyden w oltava, jotta ominaisimpedanssi
Lisätiedot1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina
1 Kohina Kohina on yleinen ongelma integroiduissa piireissä. Kohinaa aiheuttavat pienet virta- ja jänniteheilahtelut, jotka ovat komponenteista johtuvia. Myös ulkopuoliset lähteet voivat aiheuttaa kohinaa.
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2017
Radioamatöörikurssi 2017 Elektroniikan kytkentöjä 7.11.2017 Tatu Peltola, OH2EAT 1 / 20 Suodattimet Suodattaa signaalia: päästää läpi halutut taajuudet, vaimentaa ei-haluttuja taajuuksia Alipäästösuodin
LisätiedotRF- ja mikroaaltotekniikka BL50A1000
RF- ja mikroaaltotekniikka BL50A1000 8. Luento 10.3.2010 Oskillaattorit ja mikserit DI Juho Tyster Signaalilähteenä RFMW-lähettimissä ja vastaanottimissa, mittalaitteissa... Aktiivisen komponentin avulla
LisätiedotRF-tekniikan perusteet BL50A0300
RF-tekniikan perusteet BL50A0300 1. Luento 26.8.2013 Kurssin sisältö ja tavoitteet, sähkömagneettinen aalto DI Juho Tyster Opetusjärjestelyt Luentoja 14h, laskuharjoituksia 14h, 1.periodi Luennot ja harjoitukset
LisätiedotSATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 6 / Siirtojohdot ja transientit häviöttömissä siirtojohdoissa
ATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy 2011 1 /6 Tehtävä 1. 0,67 m pitkä häviötön siirtojohdon (50 Ω) päässä on kuorma Z L = (100 - j50) Ω. iirtojohtoa syötetään eneraattorilla (e (t) = 10sin(ωt + 30º)
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2015
Radioamatöörikurssi 2015 Polyteknikkojen Radiokerho Radiotekniikka 5.11.2015 Tatu Peltola, OH2EAT 1 / 25 Vahvistimet Vahvistin ottaa signaalin sisään ja antaa sen ulos suurempitehoisena Tehovahvistus,
LisätiedotOPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti 11.11.
Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö Elektroniikan laboratoriotyö OPERAATIOVAHVISTIN Työryhmä Selostuksen kirjoitti 11.11.008 Kivelä Ari Tauriainen Tommi Tauriainen Tommi 1 TEHTÄVÄ Tutustuimme
LisätiedotSATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa
SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy 2010 1 /8 Tehtävä 1. Häviötön linja (70 Ω), joka toimii taajuudella 280 MHz, on päätetty kuormaan Z = 60,3 /30,7 Ω. Käytä Smithin karttaa määrittäessäsi, kuinka suuri
Lisätiedot2. kierros. 2. Lähipäivä
2. kierros 2. Lähipäivä Viikon aihe Vahvistimet, kohina, lineaarisuus Siirtofunktiot, tilaesitys Tavoitteet: tietää Yhden navan vasteen ekvivalentti kohinakaistaleveys Vastuksen terminen kohina Termit
Lisätiedotl s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0
1.1 i k l s, c p Tasajännite kytketään hetkellä t 0 johtoon, jonka pituus on l ja jonka kapasitanssi ja induktanssi pituusyksikköä kohti ovat c p ja l s. Mieti, kuinka virta i käyttäytyy ajan t funktiona
Lisätiedota) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim. http://www.osioptoelectronics.com/)
a) C C p e n sn V out p d jn sh C j i n V out Käytetyt symbolit & vakiot: P = valoteho [W], λ = valodiodin ilmaisuvaste eli responsiviteetti [A/W] d = pimeävirta [A] B = kohinakaistanleveys [Hz] T = lämpötila
LisätiedotKäytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)
Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely) ELEC-C5070 Elektroniikkapaja, 21.9.2015 Huom: Kurssissa on myöhemmin erikseen
LisätiedotDiodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi
Diodit Puolijohdediodilla on tasasuuntaava ominaisuus, se päästää virran lävitseen vain yhdessä suunnassa. Puolijohdediodissa on samassa puolijohdepalassa sekä p-tyyppistä että n-tyyppistä puolijohdetta.
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2016
Radioamatöörikurssi 2016 Radiotekniikan komponentit 9.11.2016 Tatu Peltola, OH2EAT 1 / 30 Vahvistimet Vahvistin ottaa signaalin sisään ja antaa sen ulos suurempitehoisena Tehovahvistus, db Jännitevahvistus
LisätiedotLOPPURAPORTTI 19.11.2007. Lämpötilahälytin. 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi
LOPPURAPORTTI 19.11.2007 Lämpötilahälytin 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET... 3 JOHDANTO... 4 1. ESISELOSTUS... 5 1.1 Diodi anturina... 5 1.2 Lämpötilan ilmaisu...
LisätiedotElektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus
Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 14.11.2013 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:
LisätiedotElektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus
Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 30.10.2014 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:
LisätiedotRF-tekniikan perusteet BL50A0300
RF-tekniikan perusteet BL50A0300 6. Luento 7.10.2013 Passiiviset RF-komponentit Lähetin- ja vastaanotinelektroniikkaa DI Juho Tyster Passiiviset RF-komponentit 1 Liittimet Radiotekniikassa käytetään useita
LisätiedotPetri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa
Kohinan ominaisuuksia Kohinamekanismit Terminen kohina Raekohina 1/f kohina (Kvantisointikohina) Kohinan käsittely Kohinakaistanleveys Kohinalähteiden yhteisvaikutus Signaali-kohina suhde Kohinaluku Kohinalämpötila
LisätiedotKOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )
KOHINA H. Honkanen N = Noise ( Kohina ) LÄMÖKOHINA Johtimessa tai vastuksessa olevien vapaiden elektronien määrä ei ole vakio, vaan se vaihtelee satunnaisesti. Nämä vaihtelut aikaansaavat jännitteen johtimeen
LisätiedotRATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi
Physica 9. painos (0) RATKAST. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi RATKAST:. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi. a) Vaihtovirran tehollinen arvo on yhtä suuri kuin sellaisen tasavirran arvo, joka tuottaa vastuksessa
LisätiedotRadiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut
Radiokurssi Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut Modulaatiot CW/OOK Continous Wave AM Amplitude Modulation FM Frequency Modulation SSB Single Side Band PM Phase Modulation ASK
LisätiedotMICRO-CAP: in lisäominaisuuksia
MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia Jännitteellä ohjattava kytkin Pulssigeneraattori AC/DC jännitelähde ja vakiovirtageneraattori Muuntaja Tuloimpedanssin mittaus Makrot mm. VCO, Potentiometri, PWM ohjain,
LisätiedotCC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio
CC-ASTE Yhteiskollektorivahvistin eli emitteriseuraaja on vahvistinkytkentä, jota käytetään jännitepuskurina. Sisääntulo on kannassa ja ulostulo emitterissä. Koska transistorin kannan ja emitterin välinen
LisätiedotKeskitaajuudella rinnakkaisreaktanssi kasvaa ideaalisena äärettömän suureksi:
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU SUURTAAJUUSPIIRIEN PERUSTEET 230BS05 2007-08 Henry Gylén Resonanssipiirit (vain tiivistetty yhteenveto) Rinnakkaisresonanssipiiri muodostuu kelasta ja kondensaattorista rinnakkain.
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2013
Radioamatöörikurssi 2013 Polyteknikkojen Radiokerho Radiotekniikka 21.11.2013 Tatu, OH2EAT 1 / 19 Vahvistimet Vahvistin ottaa signaalin sisään ja antaa sen ulos suurempitehoisena Tehovahvistus, db Jännitevahvistus
LisätiedotEsimerkki 1a. Stubisovituksen (= siirtokaapelisovitus) laskeminen Smithin kartan avulla
Esimerkkejä Smithin kartan soveltamisesta Materiaali liittyy OH3AB:llä keväällä 2007 käytyihin tekniikkamietintöihin. 1.5.2007 oh3htu Esimerkit on tehty käyttäen Smith v 1.91 demo-ohjelmaa. http://www.janson-soft.de/seminare/dh7uaf/smith_v191.zip
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2014
Radioamatöörikurssi 2014 Polyteknikkojen Radiokerho Radiotekniikka 4.11.2014 Tatu, OH2EAT 1 / 25 Vahvistimet Vahvistin ottaa signaalin sisään ja antaa sen ulos suurempitehoisena Tehovahvistus, db Jännitevahvistus
LisätiedotFYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET
FYSP105 / K3 R-SODATTIMET Työn tavoitteita tutustua R-suodattimien toimintaan oppia mitoittamaan tutkittava kytkentä laiterajoitusten mukaisesti kerrata oskilloskoopin käyttöä vaihtosähkömittauksissa Työssä
LisätiedotJännite, virran voimakkuus ja teho
Jukka Kinkamo, OH2JIN oh2jin@oh3ac.fi +358 44 965 2689 Jännite, virran voimakkuus ja teho Jännite eli potentiaaliero mitataan impedanssin yli esiintyvän jännitehäviön avulla. Koska käytännön radioamatöörin
LisätiedotFYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa
FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteita o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva
LisätiedotOngelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt
Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt Häiriöt peittävät mitattavia signaaleja Häriölähteitä: Sähköverkko 240 V, 50 Hz Moottorit Kytkimet Releet, muuntajat Virtalähteet Loisteputkivalaisimet Kännykät Radiolähettimet,
LisätiedotDEE-11110 Sähkötekniikan perusteet
DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Kompleksilukujen hyödyntäminen vaihtosähköpiirien analyysissä Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet Osoitin eli kompleksiluku: Trigonometrinen muoto
LisätiedotFYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto
FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT Työn tavoitteet o Havainnollistaa vaihtovirtapiirien toimintaa o Syventää ymmärtämystä aiheeseen liittyvästä fysiikasta 1 Johdanto Tasavirta oli 1900 luvun alussa kilpaileva
LisätiedotSiirtolinjat - Sisältö
Siirtolinjat - Sisältö Siirtolinjatyypit Symmetriset siirtolinjat Epäsymmetriset siirtolinjat Ominaisimpedanssi SWR, sovitus Siirtolinjojen ominaisuuksia Syöttöjohtotyyppejä: Koaksiaalikaapeli (koksi)
LisätiedotSähkötekniikka ja elektroniikka
Sähkötekniikka ja elektroniikka Kimmo Silvonen (X) Diodi ja puolijohteet Luento Ideaalidiodi = kytkin Puolijohdediodi = epälineaarinen vastus Sovelluksia, mm. ilmaisin ja LED, tasasuuntaus viimeis. viikolla
LisätiedotMHz. Laske. = 1,5 j1,38
. Z a Z 0, l Z Johto, jonka ominaisimpedanssi on Z 0 = Ω, on päätetty impedanssilla Z = (75 j69) Ω. Johdon pituus on l = 3,5 m ja sitä syötetään taajuudella f = MHz. Laske (a) syöttöpisteimpedanssi Z a
LisätiedotVahvistimet ja lineaaripiirit. Operaatiovahvistin
Vahvistimet ja lineaaripiirit Kotitentti 3 (2007) Petri Kärhä 20/01/2008 Vahvistimet ja lineaaripiirit 1 Operaatiovahvistin (Operational Amplifier, OpAmp) Perusvahvistin, toiminta oletetaan suunnittelussa
LisätiedotS Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset. 2 ov
TKK / Mittaustekniikan laboratorio HUT / Metrology Research Institute S-108.180 Elektroniset mittaukset ja elektroniikan häiriökysymykset 2 ov 7.2.2001 KL kohina.ppt 1 Elektroninen mittaussysteemi MITATTAVA
LisätiedotR = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1
Fysiikan mittausmenetelmät I syksy 206 Laskuharjoitus 4. Merkitään kaapelin resistanssin ja kuormaksi kytketyn piirin sisäänmenoimpedanssia summana R 000.2 Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen
LisätiedotRG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m
1. Johtuvia häiiöitä mitataan LISN:n avulla EN55022-standadin mukaisessa johtuvan häiiön mittauksessa. a. 20 MHz taajuudella laite tuottaa 1.5 mv suuuista häiiösignaalia. Läpäiseekö laite standadin B-luokan
LisätiedotS /142 Piirianalyysi 2 2. Välikoe
S-55.0/4 Piirianalyysi. Välikoe.5.006 Laske tehtävät eri paperille kuin tehtävät 3 5. Muista kirjoittaa jokaiseen paperiin selvästi nimi, opiskelijanumero, kurssin nimi ja koodi. Tehtävät lasketaan osaston
LisätiedotS Piirianalyysi 1 2. välikoe
S-55.20 Piirianalyysi 2. välikoe 4.2.200 aske tehtävät 2 eri paperille kuin tehtävät 3 5. Muista kirjoittaa jokaiseen paperiin selvästi nimi, opiskelijanumero, kurssin nimi ja koodi. Tehtävät lasketaan
LisätiedotMittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014
Mittalaitetekniikka NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 1 1. VAIHTOSÄHKÖ, PERUSKÄSITTEITÄ AC = Alternating current Jatkossa puhutaan vaihtojännitteestä. Yhtä hyvin voitaisiin tarkastella
LisätiedotS SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA
S-55.00 SÄHKÖTKNKKA JA KTONKKA Tentti 5.5.008: tehtävät,3,4,6,9. välikoe: tehtävät,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0 Saat vastata vain neljään tehtävään/koe; ne sinun pitää itse valita! Kimmo Silvonen.
LisätiedotMikrofonien toimintaperiaatteet. Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist
Mikrofonien toimintaperiaatteet Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist Mikrofonien luokittelu Sähköinen toimintaperiaate Akustinen toimintaperiaate Suuntakuvio Herkkyys Taajuusvaste
LisätiedotBY-PASS kondensaattorit
BY-PA kondensaattorit H. Honkanen Lähes kaikki piirikortille rakennetut elektroniikkalaitteet vaativat BY PA -kondensaattorin käyttöä. BY-pass kondensaattorilla on viisi merkittävää tarkoitusta: Estää
LisätiedotAnalogiapiirit III. Keskiviikko 4.12.2002, klo. 12.15-14.00, TS128. Operaatiovahvistinrakenteet
Oulun yliopisto Sähkötekniikan osasto Analogiapiirit III Harjoitus 2. Keskiviikko 4.12.2002, klo. 12.15-14.00, TS128. Operaatiovahvistinrakenteet 1. Analysoi kuvan 1 operaatiotranskonduktanssivahvistimen
LisätiedotELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504
ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504 syksyllä 2014 OSA 2 Veijo Korhonen 4. Bipolaaritransistorit Toiminta Pienellä kantavirralla voidaan ohjata suurempaa kollektorivirtaa (kerroin β), toimii vahvistimena -
LisätiedotSÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 7. Tehtävä 1
SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA Harjoitus - luento 7 Tehtävä 1 Bipolaaritransistoria käytetään alla olevan kuvan mukaisessa kytkennässä, jossa V CC = 40 V ja kuormavastus R L = 10 ς. Kyllästysalueella kollektori-emitterijännite
LisätiedotSMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos
SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas jari.kangas@tut.fi Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos Sähkömagnetiikka 2009 1 1 Maxwellin & Kirchhoffin laeista Piirimallin
LisätiedotELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.
ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen. X.X.2015 Tehtävä 1 Bipolaaritransistoria käytetään alla olevan kuvan mukaisessa kytkennässä, jossa V CC = 40 V ja kuormavastus
Lisätiedot1 Yleistä mikroaalloista
FYSA220/K3 (FYS222/K3) MIKROAALLOT Työssä tutustutaan mikroaaltojen käyttäytymiseen aaltoputkissa sekä mikroaaltokomponentteihin ja mikroaaltojen mittaamiseen. Työssä määritetään erilaisten kiinteiden
LisätiedotFYS206/5 Vaihtovirtakomponentit
FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit Tässä työssä pyritään syventämään vaihtovirtakomponentteihin liittyviä käsitteitä. Tunnetusti esimerkiksi käsitteet impedanssi, reaktanssi ja vaihesiirto ovat aina hyvin
Lisätiedotd+tv 1 S l x 2 x 1 x 3 MEI Mallintamisen perusteet Harjoitus 6, kevät 2015 Tuomas Kovanen
MEI-55100 Mallintamisen perusteet Harjoitus 6, kevät 2015 Tuomas Kovanen Tehtävä 1: Tarkastellaan luentojen esimerkkiä, jossa johepalkki liikkuu kahen johelevyn välissä homogeenisessä magneettikentässä,
LisätiedotS SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen
S-55.3 SÄHKÖTKNKKA.5.22 Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät,3,4,6,9. välikoe: tehtävät,2,3,4,5 2. välikoe: tehtävät 6,7,8,9, Oletko muistanut vastata palautekyselyyn? Voit täyttää lomakkeen nyt.. Laske virta.
LisätiedotSÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 6. Tehtävä 1.
SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA Harjoitus - luento 6 Tehtävä 1. Aurinkokennon virta I s 1,1 A ja sen mallissa olevan diodin estosuuntainen kyllästysvirta I o 1 na. Laske aurinkokennon maksimiteho suhteessa termiseen
Lisätiedot1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.
Fysiikan mittausmenetelmät I syksy 2013 Malliratkaisut 3 1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta. b) Ulostulo- ja sisäänmenojännitteiden
LisätiedotSMG-4450 Aurinkosähkö
SMG-4450 Aurinkosähkö Kolmannen luennon aihepiirit Aurinkokennon ja diodin toiminnallinen ero: Puolijohdeaurinkokenno ja diodi ovat molemmat pn-liitoksia. Mietitään aluksi, mikä on toiminnallinen ero näiden
LisätiedotDEE-11110 Sähkötekniikan perusteet
DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Passiiviset piirikomponentit Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet vastus käämi kondensaattori puolijohdekomponentit Tarkoitus on esitellä piiriteorian
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2018
Radioamatöörikurssi 2018 Radioiden toimintaperiaatteet ja lohkokaaviot 20.11.2018 Tatu Peltola, OH2EAT 1 / 13 Sisältö Lähettimien ja vastaanottimien rakenne eri modulaatiolla Superheterodyne-periaate Välitaajuus
LisätiedotELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA
Kimmo Silvonen, Aalto ELEC 2. välikoe 12.12.2016. Saat vastata vain neljään tehtävään! 1. Tasajännitelähde liitetään parijohtoon hetkellä t 0. Lakse kuormavastuksen jännite u 2 (t) hetkellä t 3,1 t ottamalla
LisätiedotMultivibraattorit. Bistabiili multivibraattori:
Multivibraattorit Elektroniikan piiri jota käytetään erilaisissa kahden tason systeemeissä kuten oskillaattorit, ajastimet tai kiikkut. Multivibraattorissa on vahvistava elementtti ja ristiinkytketyt rvastukset
LisätiedotRF-tekniikan perusteet BL50A0301. 5. Luento 5.10.2015 Antennit Radioaaltojen eteneminen
RF-tekniikan perusteet BL50A0301 5. Luento 5.10.2015 Antennit Radioaaltojen eteneminen Antennit Antennit Antenni muuttaa siirtojohdolla kulkevan aallon vapaassa tilassa eteneväksi aalloksi ja päinvastoin
LisätiedotS SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen
S55.0 SÄHKÖTEKNKKA 9.5.000 Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät,,5,8,9. välikoe: tehtävät,,,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0 Oletko muistanut vastata palautekyselyyn Voit täyttää lomakkeen nyt.. aske virta.
LisätiedotTAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO
TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO 1 (17) Sekoitus uudelle keskitaajuudelle Kantataajuussignaali (baseband) = signaali ilman modulaatiota Kaistanpäästösignaali
LisätiedotSÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN
SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN H. Honkanen SÄHKÖMAGNEETTISEN KYTKEYTYMISEN TEORIAA Sähkömagneettinen kytkeytyminen on häiiöiden siitymistä sähkömagneettisen aaltoliikkeen välityksellä. Sähkömagneettisen
LisätiedotKun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.
DEE-00 Lineaariset järjestelmät Harjoitus, ratkaisuehdotukset Järjestelmien lineaarisuus ja aikainvarianttisuus Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla
LisätiedotVAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet
Oulun yliopisto Fysiikan opetuslaboratorio Sähkö- ja magnetismiopin laboratoriotyöt AHTOTAP Työn tavoitteet aihtovirran ja jännitteen suunta vaihtelee ajan funktiona. Esimerkiksi Suomessa käytettävä verkkovirta
LisätiedotOPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia
KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala TYÖ 11 ELEKTRONIIKAN LABORAATIOT H.Honkanen OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia TYÖN TAVOITE Tutustua operaatiovahvistinkytkentään
LisätiedotELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)
1 ELEC-C3230 Elektroniikka 1 Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit) 1 luennon pääaiheet Motivointi Piirianalyysin kertaus Vahvistinmallinnus (liuku 2. luentoon) 2 https://www.statista.com/outlook/251/100/consumer-electronics/worldwide
LisätiedotTransistoreiden merkinnät
Transistoreiden merkinnät Yleisesti: Eurooppalaisten valmistajien tunnukset muodostuvat yleisesti kirjain ja numeroyhdistelmistä Ensimmäinen kirjain ilmaisee puolijohdemateriaalin ja toinen kirjain ilmaisee
LisätiedotAnalogiapiirit III. Tentti 15.1.1999
Oulun yliopisto Elektroniikan laboratorio nalogiapiirit III Tentti 15.1.1999 1. Piirrä MOS-differentiaalipari ja johda lauseke differentiaaliselle lähtövirralle käyttäen MOS-transistorin virtayhtälöä (huom.
LisätiedotAnalogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet
Oulun yliopisto Sähkötekniikan osasto Analogiapiirit III Harjoitus 8. Keskiviikko 5.2.2003, klo. 12.15-14.00, TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet 1. Mitoita kuvan 1 2. asteen G m -C
Lisätiedot3. kierros. 2. Lähipäivä
3. kierros. Lähipäivä Viikon aihe (viikko /) Takaisinkytketyt vahvistimet Takaisinkytkentä, suljettu säätöluuppi Nyquistin kriteeri, stabiilisuus Taajuusanalyysi, Boden ja Nyquistin diagrammit Systeemin
LisätiedotSATE1050 Piirianalyysi II syksy 2016 kevät / 8 Laskuharjoitus 13 / Smithin kartta ja kuorman sovittaminen
SATE1050 Piirianayysi II syksy 2016 kevät 2017 1 / 8 Tehtävä 1. Aa oevassa kuvassa esitetty pitkä johto on päätetty impedanssia Z. Kuormituksen sovittamiseksi iitetään johtoon avoin johdonpätkä ( Z 0,
LisätiedotS-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010
1/7 S-108.3020 Elektroniikan häiriökysymykset Laboratoriotyö, kevät 2010 Häiriöiden kytkeytyminen yhteisen impedanssin kautta lämpötilasäätimessä Viimeksi päivitetty 25.2.2010 / MO 2/7 Johdanto Sähköisiä
LisätiedotDIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ
1 IOIN OMINAISKÄYRÄ JA TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ MOTIVOINTI Työ opettaa mittaamaan erityyppisten diodien ominaiskäyrät käyttämällä oskilloskooppia XYpiirturina Työssä opetellaan mittaamaan transistorin
LisätiedotHARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE
SEISOVAT AALLOT TAVOITE Tässä harjoituksessa opit käyttämään rakolinjaa. Toteat myös seisovan aallon kuvion kolmella eri kuormalla: oikosuljetulla, sovittamattomalla ja sovitetulla kuormalla. Tämän lisäksi
Lisätiedot1 Muutokset piirilevylle
1 Muutokset piirilevylle Seuraavat muutokset täytyvät olla piirilevylle tehtynä, jotta tätä käyttöohjetta voidaan käyttää. Jumppereiden JP5, JP6, JP7, sekä JP8 ja C201 väliltä puuttuvat signaalivedot on
LisätiedotELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)
ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015) Henrik Wallén Luentoviiko 9 / versio 9. marraskuuta 2015 Tasoaallot, osa 2 (Ulaby 7.3, 7.5, 7.6) Tasoaallon polarisaatio Virranahtoilmiö Tehotiheys ja Poyntingin vektori
Lisätiedot6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.
1 MAT-13450 LAAJA MATEMATIIKKA 5 Tampereen teknillinen yliopisto Risto Silvennoinen Kevät 2010 6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa. Olemme keskittyneet tässä kurssissa ensimmäisen kertaluvun
Lisätiedot1 db Compression point
Spektrianalysaattori mittaukset 1. Työn tarkoitus Työssä tutustutaan vahvistimen ja mixerin perusmittauksiin ja spektrianalysaattorin toimintaan. 2. Teoriaa RF- vahvistimen ominaisuudet ja käyttäytyminen
LisätiedotSMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos
SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas jari.kangas@tut.fi Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos Sähkömagnetiikka 2009 1 Ei-ideaaliset piirikomponentit Tarkastellaan
LisätiedotNumeeriset menetelmät TIEA381. Luento 12. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 12 () Numeeriset menetelmät / 33
Numeeriset menetelmät TIEA381 Luento 12 Kirsi Valjus Jyväskylän yliopisto Luento 12 () Numeeriset menetelmät 25.4.2013 1 / 33 Luennon 2 sisältö Tavallisten differentiaaliyhtälöiden numeriikasta Rungen
LisätiedotSEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA
1 SEISOVA AALTOLIIKE MOTIVOINTI Työssä tutkitaan poikittaista ja pitkittäistä aaltoliikettä pitkässä langassa ja jousessa. Tarkastellaan seisovaa aaltoliikettä. Määritetään aaltoliikkeen etenemisnopeus
LisätiedotSMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA
Vaihtosähkö SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA Sinimuotoiset suureet Tehollisarvo Sinimuotoinen vaihtosähkö & passiiviset piirikomponentit Käydään läpi, mistä sinimuotoiset jännite ja virta ovat peräisin. Näytetään,
LisätiedotLABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET
Työ 1 Mittausvahvistimet LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET Päivitetty: 5/01/010 TP 1 1 Työ 1 Mittausvahvistimet 1. MITTAUSVAHVISTIMET Työn tarkoitus: Työn tarkoituksena on tutustua operaatiovahvistimen
LisätiedotVAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j82095. SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.
VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA Oskari Uitto i78966 Lauri Karppi j82095 SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI Sivumäärä: 14 Jätetty tarkastettavaksi: 25.02.2008 Työn
LisätiedotBL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet
BL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet Bittioperaatioiden toteuttamisesta Tarvitaan kolmea asiaa: 1. Menetelmät esittää ja siirtää bittejä
LisätiedotSÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013
SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013 1. RESISTANSSI Resistanssi kuvaa komponentin tms. kykyä vastustaa sähkövirran kulkua Johtimen tai komponentin jännite on verrannollinen
LisätiedotAaltoputket ja mikroliuska rakenteet
Aaltoputket ja mikroliuska rakenteet Luku 3 Suorat aaltojohdot Aaltojohdot voidaan jakaa kahteen pääryhmääm, TEM ja TE/TM sen mukaan millaiset kentät niissä etenevät. TEM-aallot voivat edetä vain sellaisissa
Lisätiedot12. Stabiilisuus. Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) :
1. Stabiilisuus Olkoon takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus A F (s) : AOL ( s) AF ( s) (13 10) 1+ T ( s) A OL :n ja T:n määrittäminen kuvattiin oppikirjan 1-7 kappaleessa. Näiden taajuus käyttäytyminen
LisätiedotRadioamatöörikurssi 2015
Radioamatöörikurssi 2015 Polyteknikkojen Radiokerho Putket, häiriöt 17.11.2015 Tatu, OH2EAT 1 / 19 Putket Ensimmäisiä vahvistinkomponentteja, ei juuri käytetä enää nykyään Edelleen käytössä mm. suuritehoisissa
LisätiedotLähettimet ja vastaanottimet
Aiheitamme tänään Lähettimet ja vastaanottimet OH3TR:n radioamatöörikurssi Kaiken perusta: värähtelijä eli oskillaattori Vastaanottimet: värähtelijän avulla alas radiotaajuudelta eri lähetelajeille sama
Lisätiedot