10 consideraciones prácticas para el diseño de amplificadores de bajo ruido

La función principal de un diseño de amplificador de bajo ruido es amplificar señales de pequeña potencia. En un micrófono electrónico, el mensaje puede ser voltaje o corriente, w.r.t. variable. Tiempo. Como todos los amplificadores, el amplificador de bajo ruido también es un circuito de dos puertos. Consume energía eléctrica para mejorar la amplitud de la señal de entrada. Da como resultado una señal de salida proporcional más alta.

Este artículo analiza diez consideraciones prácticas a tener en cuenta para el diseño de LNA.

Diseño de amplificador de bajo ruido:una figura de bajo ruido ofrece un mejor rendimiento de LNA.

Los amplificadores de bajo ruido son componentes vitales en varios dispositivos. Algunos de ellos son comunicaciones por radio, instrumentos médicos y máquinas de prueba electrónica.

Un amplificador típico de bajo ruido puede proporcionar una ganancia de potencia de 100 (+20 decibelios). Al mismo tiempo, puede reducir la relación señal/ruido hasta 3 dB (menos de un factor de dos). Las señales muy por encima del nivel de ruido de fondo pueden causar distorsiones de intermodulación.

Los componentes de la cadena de señales degradan la relación señal/ruido   (SNR), la figura de ruido se refiere a esta degradación. Es un valor numérico que define el rendimiento de un amplificador. Los valores de figura de ruido más bajos significan mejores resultados del amplificador de bajo ruido. En términos de decibelios, la cifra de ruido es la misma que el factor de ruido.

Diseño de amplificador de bajo ruido:necesita tres parámetros para calcular la ganancia de potencia del amplificador.

Una característica distintiva en el circuito del amplificador es más importante que la ganancia de potencia unitaria. En términos simples, la ganancia de un amplificador es la relación entre su potencia de salida y la de entrada. El amplificador de bajo ruido (LNA) reduce el ruido adicional, que es un efecto secundario del uso de altavoces. Para lograr esto, los diseñadores deben tener en cuenta algunas cosas en sus diseños de circuito/PCB. Algunos de ellos incluyen la elección de componentes de bajo ruido y adaptación de impedancia.

Para calcular la ganancia de potencia del amplificador, necesitará los valores de 3 parámetros. Los parámetros son:

1. Ganancia de potencia del transductor

Señala los beneficios del amplificador en lugar de usar la fuente para impulsar directamente la misma carga. A menudo, un amplificador de bajo ruido se combina conjugado con la causa. La ganancia de potencia del transductor es entonces la misma que la ganancia de potencia operativa.

2. Ganancia de potencia operativa

En una red de dos puertos, la energía se disipa en la carga. La relación entre esta potencia de disipación y la potencia de entrada es la ganancia de potencia operativa.

3. Potencia/ganancia máxima disponible (MAG)

PLM=Potencia promedio más alta disponible en carga (salida).

PSM=La potencia más alta está disponible en la fuente.

MAG es la proporción de PLM y PSM.

El valor de estos parámetros depende de muchos factores, como la carga, la entrada, la salida y la fuente. El coeficiente de reflexión y los parámetros S también son necesarios para obtener los valores anteriores.

Fondo de la línea de transmisión

Una línea de transmisión es un medio conductor que transporta señales a través de grandes distancias. La pérdida o distorsión es lo mínimo (a menudo insignificante).

Considere la impedancia de carga ZL y la impedancia de fuente ZS. El voltaje (o potencia) es la suma de las ondas incidente y de reflexión. Viajan en direcciones opuestas a lo largo de la línea de impedancia característica de transmisión (Z0).

Si ZL no es igual a Z0, la carga refleja algunas de las ondas incidentes hacia la fuente. El proceso continúa como un bucle indefinido en líneas de transmisión sin pérdidas.

El coeficiente de reflexión en el caso de una coincidencia de impedancia perfecta es cero

El coeficiente de reflexión es una relación entre la onda incidente y la onda reflejada. La consideración es cero cuando la impedancia de carga es igual a la impedancia característica. Es un número complejo, con una magnitud y un ángulo en forma polar.

Si la diferencia entre las dos impedancias es grande, podemos esperar una gran cantidad de reflexión. La reflexión es proporcional al coeficiente de reflexión en un amplificador de bajo ruido.

Los coeficientes de reflexión respectivos en la red de RF

El coeficiente de reflexión de la fuente y el coeficiente de reflexión de la carga son términos utilizados en las redes de RF. Son los mismos que la fuente y la impedancia de carga para amplificadores de bajo ruido .

En los gráficos de flujo de ondas, puede representar ondas incidentes y de reflexión. Trace el gráfico de flujo utilizando relaciones lineales dentro de las variables de red. Asegura la construcción rápida de una función de transferencia entre 2 puntos de red.

Los nodos en el diagrama de flujo representan diferentes variables. Las variables independientes se vinculan con las dependientes a través de diferentes caminos. Un valor de ganancia se adjunta a la función de ruta, es relativo al coeficiente de reflexión de las variables en cuestión.

Puede clasificar un LNA por sus parámetros S

Los parámetros S o los parámetros de dispersión son esenciales en los diseños de amplificadores de bajo ruido. Describen características de redes lineales bajo el efecto de señales eléctricas.

Las cargas coincidentes son famosas por estudiar los parámetros S. La razón principal es la facilidad de uso para frecuencias de señal altas. Los analizadores de redes vectoriales modernos calculan la amplitud y la fase de los fasores de onda.

Puede expresar las propiedades eléctricas de varios componentes integrados utilizando parámetros S. Los componentes pueden incluir:

1. resistencias

2. inductores

3. condensadores

Los parámetros pueden mostrar características como ganancia, pérdida de retorno, VSWR, coeficiente de reflexión o estabilidad. Tener conocimientos de álgebra matricial es esencial para comprender los parámetros S. Los parámetros siguen estas leyes de álgebra.

Utilice MAG como criterio de selección preliminar para LNA de 2 puertos.

El MAG indica la ganancia de potencia teórica más alta que puede obtener del dispositivo. Las cargas de fuente y de impedancia están conjugadas. MAG es una propiedad esencial para los amplificadores de RF de 2 puertos. Admitancia de transferencia inversa cero. Para la definición correcta, mira arriba.

En una red de dos puertos, MAG puede mostrar los niveles de ganancia disponibles de un amplificador de bajo ruido. De esta manera, podemos evaluar si el LNA es adecuado para la tarea. También es por eso que MAG es el principal criterio de selección para redes de RF, LNA y microondas.

Más ganancia del transductor

El término de ganancia más común en el diseño de amplificadores de RF es la ganancia del transductor. Por definición, la relación entre la potencia de salida de la fuente a la carga y la potencia de fuente más alta. La ganancia del transductor incluye algunos componentes:

1. Podemos ingresar y generar el resultado de la coincidencia de impedancia.

2. La ganancia total del amplificador debido al LNA.

Una de las funciones de este parámetro es la reducción de la siguiente matriz de circuito a un 2×2. Esta reducción de matriz ayuda en la medición y el cálculo, las pérdidas resistivas entre los componentes del circuito ocurren durante todo el proceso. Ignórelos durante el cálculo de la ganancia del transductor.

La estabilidad es la consideración principal

La estabilidad, o resistencia a la oscilación, es una consideración esencial durante el diseño de LNA. Algunos parámetros son útiles para determinar la estabilidad de los amplificadores de bajo ruido. Incluyen los parámetros S, las redes coincidentes y las terminaciones.

Tres fenómenos son responsables de la inestabilidad en un amplificador. Ellos son:

1. Retroalimentación interna del transistor.

2. El motivo puede deberse a un circuito externo, entrada de transistor externo.

3. Ganancia innecesaria fuera de la banda de frecuencia necesaria de operación.

Sería útil si calculara el factor de estabilidad de Rollett (K ) usando los parámetros S dados. El determinante de la matriz, junto con el factor de estabilidad, puede determinar la estabilidad. Un amplificador es estable solo cuando K es mayor que 1. Además, el valor del determinante no debe exceder uno.

Diseño de amplificador de bajo ruido:valor de impedancia más adecuado

La carta de Smith es necesaria para diseñar redes de impedancia coincidente. Las líneas de transmisión cambian las propiedades de impedancia usando líneas microstrip, estas líneas tienen impedancias características variables. También pueden transformar el valor de cualquier resistencia.

Hay dos tipos de redes coincidentes:

1. Red de coincidencia de entrada:son útiles para reducir la influencia del ruido. Hace coincidir la entrada del transistor con la fuente. De esta manera, podemos obtener una cifra de ruido lo más cercana posible al menor ruido posible.

2. Red de coincidencia de salida:esta red hace coincidir la salida del transistor con la carga. Por lo tanto, el sistema proporciona la potencia de maximización de ganancia potencial más alta.

Resumen

Esperamos que la guía anterior haya sido útil. Estas consideraciones son necesarias para el diseño adecuado de un amplificador de bajo ruido.

Una señal de entrada con una figura de ruido más baja obtendrá una mejor amplificación a través de los LNA. Las señales muy por encima del ruido de fondo se enfrentarán a la distorsión de intermodulación. La ganancia de potencia del transductor, la ganancia operativa y el MAG son necesarios para encontrar la ganancia del amplificador. Los restantes vitales son los parámetros S, la estabilidad y los coeficientes de reflexión. Diferentes valores de impedancia pueden causar reflejos de onda. El coeficiente de reflexión es 0 cuando las impedancias coinciden.

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