dtg2d3 elektronika telekomunikasi · *s * in * out * l a 1 b 1 es zg imc in z l imc out a 2 b 2 p...
TRANSCRIPT
Small-Signal RF Amplifier
(RF Current Amplifier)
DTG2D3
ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
By : Dwi Andi Nurmantris
• Model penguat
• Definisi parameter s dan konversi dari parameter y, z, h ke parameter s
• Definisi faktor-faktor penguatan
• Kemantapan penguat RF
• Lingkaran/daerah kemantapan penguat pada Smith Cart
• Perancangan Penguat dengan Gain Maksimum
• Perancangan Penguat dengan Operating Power Gain Ditentukan
• Perancangan Penguat dengan Available Power Gain Ditentukan
• Perancangan Penguat dengan VSWR Ditentukan
• Perancangan Penguat dengan Noise Figure Ditentukan
Small-Signal RF Amplifier
Agenda
Komponen Aktif
EgZg
IMC
in
IMC
outTransistor ZL
Sumber sinyal/
tahap sebelumnya
beban/tahap
berikutnya
Impedance Matching
Circuit input/output
Tampak bahwa sistem dapat dipandang sebagai hubungan kaskade
dari kutub-4, sehingga pada umumnya metoda analisis yang dapat
digunakan untuk mempelajari perilaku suatu penguat adalah dengan
menggunakan parameter satu kutub empat.
V2V1 Kutub 4
I1 I2Parameter Kutub 4 :
1. Parameter Z, Y, H, ABCD (frekuensi
rendah)
2. Parameter S (frekuensi rendah
sampai tinggi)
Small-Signal RF Amplifier
Penguat frekuensi tinggi SATU TAHAP dapat dimodelkan sebagai berikut :
2
1
2221
1211
2
1
V .
hh
hh
V i
iParameter H Parameter ABCD
2
2
1
1
i-
V .
DC
BA
i
V
Parameter-parameter tersebut diatas mudah diukur pada frekuensi rendah, karena
pengukurannya membutuhkan BEBAN HUBUNG SINGKAT dan/atau BEBAN
TERBUKA, yang mudah diperoleh pada frekuensi RENDAH.
Pada frekuensi tinggi, parameter Z(impedansi), H(hybrid), Y(admitansi) atau ABCD
sangat sulit (tidak mungkin) DIUKUR, karena :
1. Penggunaan beban terbuka/tertutup (hubung singkat) dapat menyebabkan
komponen aktif yang digunakan tidak stabil (OSILASI)
2. Pada frekuensi tinggi sulit memperoleh beban TERBUKA/TERTUTUP dengan range
bidang frekuensi yang lebar (wilayah operasi frekuensi yang lebar)
Parameter Z
2
1
2221
1211
2
1
i
i .
ZZ
ZZ
V
VParameter Y
2
1
2221
1211
2
1
V
V .
YY
YY
i
i
Small-Signal RF Amplifier
Parameter Z, Parameter Y, Parameter H, dan Parameter ABCD
datang gelombang Zoi
Vi ia
pantul gelombang Zoi
-Vi ib
Gambar ai dan bi
Signal flow graph Dimana: i = 1(port 1) atau 2 (port 2)
Small-Signal RF Amplifier
Parameter S
Maka digunakan Parameter S (Scattering Parameter):
2
1
2221
1211
2
1
a
a .
SS
SS
b
b
a
b
0a1
1
2
i11 SS
→ koefisien refleksi masukan dengan keluaran K-4
ditutup beban sesuai (match)
a
b
0a1
2
2
f21SS
→ koefisien transmisi maju dengan keluaran K-4
ditutup beban sesuai
a
b
0a2
2
1
o22 SS
→ koefisien refleksi keluaran dengan masukan K-4
ditutup beban sesuai
a
b
0a2
1
1
r12 SS
→ koefisien transmisi balik dengan masukan K-4
ditutup beban sesuai
Zo2Zo1
b1
"Parameter S"
a1 a2
b2
V2V1
Small-Signal RF Amplifier
Parameter S
LOUTINS
a1
b1Es
ZgIMC
inZL
IMC
out
a2
b2
PAVS PIN PAVN PL
Faktor Penguatan : 1. Transducer Power Gain (GT)
sinyalsumber pada tersediayang Daya
beban kediberikan yang Daya
P
P G
AVS
LT
2. Operating Power Gain (GP)
r transistokediberikan yang Daya
beban kediberikan yang Daya
P
P G
IN
LP
3. Available Power Gain (GA)
sinyalsumber pada tersediayang Daya
r transistodari tersediaDaya
P
P G
AVS
AVN
A
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
L22.
L21.12.
11IN
1
1
IN
1
L22.
L21.12
1112L121111
L22
121
2L221212
2L2
2
2
L
2221212
2121111
S - 1
SS S
b
. S - 1
.SS + .S = .b.S + .S = b
S - 1
.S = .b.S + .S = b
.b b
.S .S b
.S .S b
a
aaa
aa
aa
aa
aa
2
2
OUT
a
b
0E
s
ES = 0 → a1 = S.b1
b1 = S11.S.b1 + S12.a2 → S11
212
1
.S - 1
.S b
a
LOUTINS
a1
b1Es
ZgIMC
inZL
IMC
out
a2
b2
PAVS PIN PAVN PL
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
PIN = ½ |a1|2 - ½ |b1|
2 = ½ |a1|2.( 1 - |ΓIN|2 )
b2 = S21.S.b1 + S22.a2 = 2222
S11
S21.12aa .S
.S - 1
.SS
S11
S2112
22
2
2
OUT
.S - 1
..SS S
a
b
0Es
LOUTINS
a1
b1Es
ZgIMC
inZL
IMC
out
a2
b2
PAVS PIN PAVN PL
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
S
V1
bS
aS
b1
a1
INI1
ZS
ES
V1 = ES + I1.ZS
Bila : O
11
Z
-V a
O
11
Z
V b
OS
OSS
Z Z
Z E b
OS
OS
S
Z Z
Z- Z
- 1
bs
.s. bs
. b
.b b
INS
1
1IN1
1IN 1
1SS1
a
aa
a
a
2
INS
2
IN2
S21
IN
. - 1
- 1 . b P
Daya yang tersedia pada sumber sinyal (PAVS) = Daya masukan transistor (PIN), bila
IN = S*, sehingga :
2
S
2
S21
IN
SIN
AVS
1
b P
* P
2
INS
2
IN
2
S
AVSIN
. - 1
- 1 . - 1 . P P
atau PIN = PAVS . MS dimana:
2
INS
2
IN
2
S
S
. - 1
- 1 . - 1 M
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
RANGKAIAN MASUKAN :
MS = Source Mismatch Factor
OUTL
VL
bTH
aTH
b2
a2
IL
ZOUT
ETH
ZL
VL = ETH – IL . ZOUT
Bila : O
L2
Z
-V b O
L2
Z
V a
OOUT
OTHTH
Z Z
Z E b
OOUT
OOUT
OUT
Z Z
Z- Z
b2 = bTH + OUT.L.b2 dimana L . b2 = a2 → LOUT
TH
2
. - 1
b b
Daya yang diberikan ke BEBAN :
) - (1 . b - b P2
L2
2212
2212
221
L a 2
LOUT
2
L2
TH21
L
1
- 1 . b P
Daya tersedia dari Kutub-4:
PAVN = PL, bila L = OUT* 2
OUT
2
TH21
L
OUTL
AVN
1
b P
* P
2
LOUT
2
OUT
2
L
AVNL
. - 1
- 1 . - 1 . P P
atau PL = PAVN . ML dimana
2
LOUT
2
OUT
2
L
L
. - 1
- 1 . - 1 M
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
RANGKAIAN KELUARAN:
ML = Load Mismatch Factor
) - (1 . a
) - (1 . b
P
P G 2
IN
2
121
2
L
2
221
IN
L
P
L22
121
2
r.S - 1
.S b
a →
2
L22
2
L2
212
IN
P
.S 1
- 1 S
- 1
1 G
.MG P
P . G
P
P .
P
P
P
P G SP
AVS
INP
AVS
IN
IN
L
AVS
LT 2
L22
2
L2
212
INS
2
S
.S 1
- 1 S
1
- 1
. -
atau 2
LOUT
2
L2
212
S11
2
S
T
. 1
- 1 S
.S1
- 1G
-
M
G
P
P .
P
P
P
P G
L
T
L
AVN
AVS
L
AVS
AVNA 2
OUT
2
212
S11
2
S
A
1
1 S
.S1
- 1G
-
OPERATING POWER GAIN (GP):
TRANDUCER POWER GAIN
AVAILABLE POWER GAIN
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF
• Transistor microwave mempunyai parameter “S” pada 10 GHz, dengan impedansi referensi (ZO) 50 sbb.:
S11=0,45 <1500
S12=0,01 <-100
S21=2,05 <100
S22=0,40 <-1500
Jika digunakan hambatan sumber ZS=20 dan Hambatan
beban sebesar ZL=30 , hitunglah Operating power Gain, Available
Power Gain, dan Transducer Power Gain!
Solusi: S=-0.429, L=-0.250
49.5
85.5
94.5
151408.0dan 150455.0 0
OUT
0
IN
T
A
P
G
G
G
Small-Signal RF Amplifier
Contoh Soal
ZIN(IN)
Za
(a)
ZS
(S)
Ei
Zi=ZoIMC
in
PAVS PIN
a 1
a 1 VSWR IN
O
O
Z Za
Z- Za a
)a - (1 M .MP P
)a - .(1P P 2
S
SAVSIN
2
AVSIN
- 1
* - a
- 1
) - (1 . ) - (1 - 1 a
- 1
) - (1 . ) - (1 M
M - 1 a
SIN
SIN
2
INS
2
IN
2
S
2
INS
2
IN
2
S
S
S
Small-Signal RF Amplifier
VSWR MASUKAN
ZIN(IN)
Za
(a)
ZS
(S)
Ei
Zi=50IMC
in
PAVS PIN
S = 0,614 <160°
IN = 0,4 <-145°
Hitunglah : a. |a| (0.326)
b. VSWRIN (1.985)
Small-Signal RF Amplifier
CONTOH SOAL
ZL
(L)
ZOUT
(OUT)
ZL=ZoIMC
out
PAVN
PL
Zb
(b)
PL = PAVN . ML
b
b
1
1 VSWROUT
O
O
Z Zb
Z- Zb b
- 1
* -
- 1
) - (1 . ) - (1 - 1
- 1
) - (1 . ) - (1 M
M - 1
L OUT
LOUT
2
LOUT
2
OUT
2
L
2
LOUT
2
OUT
2
L
L
L
b
bb
Small-Signal RF Amplifier
VSWR KELUARAN
1. Mantap tanpa syarat (Unconditionally Stable)
Suatu penguat dinyatakan MANTAP TANPA SYARAT, bila terpenuhi │IN│< 1
dan │OUT│< 1; untuk SEMUA harga impedansi sumber dan beban PASIF
(│S│< 1 dan │L│< 1)
2. Mantap bersyarat (Conditionally Stable, Potentially Unstable)
Suatu penguat dinyatakan MANTAP BERSYARAT, bila terpenuhi │IN│< 1
dan │OUT│< 1; untuk SEJUMLAH harga impedansi sumber dan beban PASIF
OSILASI terjadi pada penguat, jika pada terminal masukan atau keluarannya, terdapat
RESISTANSI NEGATIF, yaitu bila │IN│> 1 atau │OUT│> 1.
Sebagai contoh, jika impedansi masukan : ZIN = - RIN + jXIN
(-RIN = resistansi negatif)
1 X )R - Z(
X ) Z (R
Z jX R-
Z- jX R-
21
2
IN
2
INO
2
IN
2
OIN
OININ
OININ
IN
)X j(X )R - (R
E I
SININS
S
LOUTINS
Es
ZSZL
ZoutZin
Small-Signal RF Amplifier
KEMANTAPAN PENGUAT RF
Pada satu frekuensi tertentu bisa terjadi :
I
0 X X
0 R R
SIN
INS
Berdasarkan kepada koefisien refleksi, penguat yang MANTAP TANPA SYARAT
akan terpenuhi bila :
1. │S│< 1
2. │L│< 1 1 .S - 1
..SS S
L22
L2112
11IN
1 .S - 1
..SS S
S11
S2112
22OUT
4. .
Pada penguat MANTAP BERSYARAT, harga│S│dan│L│yang memberikan kemantapan
dapat ditentukan dengan menggunakan PROSEDUR GRAFIS pada SMITH CHART.
Tempat kedudukan S dan L yang menghasilkan │OUT│=1 dan │IN│=1 ditentukan dulu :
1 .S - 1
..SS S
L22
L2112
11IN
2112221122
22
2112
22
22
1122
L .SS - .SS dimana - S
.SS
- S
**).S - (S -
3. .
Small-Signal RF Amplifier
KEMANTAPAN PENGUAT RF
Persamaan diatas merupakan persamaan lingkaran beban
(tempat kedudukan L untuk│IN│=1):
lingkaranpusat titik - S
**).S - (S C
jari-jari - S
.SS R
22
22
1122
L
22
22
2112
L
Z=1 IN
Smith Chart
CL
CL LR
Lingkaran Kemantapan
Beban
Bagaimana menentukan daerah L yang
MANTAP ?
Jika
11IN
OL
OL
LOL S 0 Z Z
Z- Z Z Z
Small-Signal RF Amplifier
Z=Z=0
1 IN
Smith Chart
CL
CL LR
Lingkaran Kemantapan
Beban
Pusat Smith Chart
1 IN daerah tidak mantap
1 IN
Daerah yang diarsir adalah
daerah MANTAP L
1 S 11
Jadi bila│S11│< 1, maka│IN│< 1, untuk L = 0 (ZL=ZO)
→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah mantap
Small-Signal RF Amplifier
1 IN
Smith Chart
CL
LR
Lingkaran KemantapanBeban
1 IN Daerah mantap
LC
1 S11
Jadi jika│S11│> 1, maka│IN│> 1 untuk L = 0 (ZL=ZO)
→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah tidak mantap
Small-Signal RF Amplifier
Figure 11-5 (p. 544) Microwave Engineering, 3rd Edition, by David M Pozar
Load (Output) stability circles for a conditionally stable device. (a) |S11| < 1. (b) |S11| > 1.
Small-Signal RF Amplifier
28
Persamaan diatas merupakan persamaan
lingkaran sumber (tempat kedudukan S
untuk│OUT│=1):
lingkaranpusat titik - S
**).S - (S C
jari-jari - S
.SS R
22
11
2211
S
22
11
2112
S
1 OUT
Smith Chart
1 OUT
Daerah arsiran adalah
daerah mantap S
1 S 22
SC
CS
SR
1 OUT
1 .S - 1
..SS S
S11
S2112
22OUT
2112221122
11
2112
22
11
2211
S .SS - .SS :dimana - S
.SS
- S
**).S - (S -
1 OUT
Smith Chart
Lingkaran
Kemantapan Sumber
1 OUT daerah mantap S
1 S 22
SC
CS
SR
1 OUT
Small-Signal RF Amplifier
Kondisi mantap ”TANPA SYARAT” untuk semua sumber atau beban
dapat ditulis dengan :
1 Suntuk 1 - C 11LL R
Smith Chart
1 S 11
LC
CL
LR
LL C R
Small-Signal RF Amplifier
21122211
2112
2222
211
.SS - .SS dimana 1 .SS 2
S - S - 1 K
21122
11 .SS S - 1 21122
22 .SS S - 1
kondisi cukup dan perlu untuk memperoleh KEMANTAPAN TANPA SYARAT :
1 K 21122
11 .SS S - 1 1 S11
1 S22 21122
22 .SS S - 1
atau cukup dengan :
1 K
dan
1
Small-Signal RF Amplifier
FAKTOR KEMANTAPAN K
KONDISI TIDAK MANTAP → KONDISI MANTAP TANPA SYARAT :
1. dengan pembebanan resistif
R R
R
R
2. dengan umpan balik
R
R
Small-Signal RF Amplifier
1. Suatu transistor jenis GaAs MESFET dengan parameter s, diukur pada Vds = 5 V dan Ids = 40 mA, f = 9 GHz, referensi 50 ohm:
S11=0,65 <-1540
S12=0,02 <400
S21=2,04 <1850
S22=0,55 <-300
Γs = 0,38 <250
Tentukan:
1. factor Delta ∆ (0,332 < 1710)
2. Faktor stabilitas K (4,72)
3. Koefisien refleksi keluaran Γout (0,56 < -40,70)
4. GA (Available Power Gain) (6,94dB)
Ref: Microwave Circuit Analysis & Amplifier Design, by Samuel Y.Liao, Exp. 3-4-2.
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL
2. Parameter S untuk HP HFET-102 GaAs FET pada frekuensi 2 GHz, dicatu
dengan tegangan biasing Vgs = 0 dengan Z0=50 sebagai berikut:
S11=0.894 <-60.60
S12=0,020 <62.40
S21=3.122 <123.60
S22=0,781 <-27.60
Tentukan kestabilan transistor tersebut dengan menghitung K dan , kemudian plot-kan daerah kestabilannya !
Solusi: = 0.696 < -830 K = 0,607 potentially unstable
CL = 1.363<470 RL = 0.50
CS = 1.132<680 RS = 0.199
Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.2
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL (LANJUTAN)
Jika dipilih : maksimum )(Gr transducedayapenguatan diperoleh *
* T
LOUT
SIN
→ syarat transistor
mantap tanpa syarat
L22
L211211S
.S - 1
..SS S *
S11
S2112 22L
.S - 1
..SS S *
1
21
211
SM
C 2
C4 - B B
2
22
222
LM
C 2
C4 - B B
dimana : 22
222
111 - S - S 1 B
*S. - S C 22111
2211
2222 - S - S 1 B
*S. - S C 11 222
LOUTINS
a1
b1Es
ZgIMC
inZL
IMC
out
a2
b2
PAVS PIN PAVN PL
atau 2
LM22
2LM2
212
SM
MAXT,
.S 1
- 1 S
- 1
1G
)1 - K -(K
S
S G 2
12
21
MAXT,
Small-Signal RF Amplifier
PERANCANGAN UNTUK GAIN MAKSIMUM (CONJUGATE MATCHING)
• Rancanglah suatu penguat dengan gain maximum pada frekuensi 4 GHz menggunakan single-stub matching! Transistor GaAs FET mempunyai parameter S dengan Z0=50 sebagai berikut:
S11=0.72 <-1160
S12=0,03 <570
S21=2.60 <760
S22=0,73 <-540
Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.3
Solusi: = 0.488 < -1620 K = 1,195 unconditionally stable
SM = 0.872 < 1230 ΓLM = 0.876 < 610
GT,max = 16.7 dB
Perhatikan rangkaian penyesuai impedansi sbb:
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL
Circuit design and frequency response for the transistor amplifier of
Example 11.3. (a) Smith chart for the design of the input matching
network.
a. KASUS KEMANTAPAN TANPA SYARAT
P .2
212
L22
2L2
212
IN
P g S .S 1
- 1 S
- 1
1G
dimana:
.CRe 2 - ) - S.( S - 1
- 1 g
2L22
222
L2
11
2L
P
21122211
11222
.SS - .SS
.S - S C *
→
211P2LP
2222P
2L S - 1g - 1 .C.Re2.g - - S.g 1 -
) - S(g 1
)S - 1(g - 1
) - S(g 1
*.*.Cg -
) - S(g 1
..Cg -
2222P
211P
2222P
L2P
2222P
L2P2L
titik pusat lingkaran : ) - S(g 1
*.Cg C
2222P
2PP
jari-jari lingkaran :
) - S .(g 1
g..SS .g.SS 2K. - 1 R
2222P
21
2
P
22112P2112
P
Small-Signal RF Amplifier PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GP DITENTUKAN:
Lingkaran Gp (Operating Power Gain) Konstan
GP maksimum terjadi pada RP = 0; artinya :
gP,MAX . |S12.S21|² – 2K.|S12.S21|.gP,MAX + 1 = 0
2
21
MAXP,2
2112 S
G 1 - K -K
.SS
1 g
MAXP,
sehingga 1 - K -K S
S G 2
12
21
MAXP,
Prosedur menggunakan lingkaran GP konstan :
1) Untuk GP yang ditentukan, hitung titik pusat dan jari-jari lingkaran GP konstan
2) Pilih ΓL yang diinginkan (di lingkaran tersebut) 3) Dengan ΓL tersebut, daya keluaran maksimum diperoleh dengan
melakukan conjugate match pada masukan, yaitu ΓS = ΓIN*
ΓS ini akan memberikan GT = GP
o22
o12
o21
o11
95,7- 0,572 S 16,3 0,057 S Hz)6(f
28,5 2,058 S171,3- 0,641 S Transistor :Contoh
G
Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 9 dB Ref: Gonzalez, Guillermo; Microwaves Transistor Amplifier: Analysis & Design; Prentice Hall, 1984
Small-Signal RF Amplifier
Solusi
0,3014 K = 1,504 → mantap tanpa syarat
1,875 4,235
7,94
S
G g 4,235 (2,058) S
221
P
P22
21
o2 103,9- 0,3911 C
RP = 0,431
→ gambar tempat kedudukan ΓL yang memberikan GP = 9 dB
o9,103
A0,431
tempat kedudukan L yang memberikan GP =
9dB
A)(titik
47,50,36 pilih Kita oL
S yang memberikan daya keluar maksimum
oS
L22
L211211INS
175,510,629
*
S - 1
..SS S *
o P 103,9 0,508 C
Small-Signal RF Amplifier
1. Suatu transistor jenis GaAs MESFET dengan parameter s, diukur pada Vds = 5 V dan Ids = 40 mA, f = 9 GHz, referensi 50 ohm:
S11=0,65 <-1540
S12=0,02 <400
S21=2,04 <1850
S22=0,55 <-300
Tentukan:
1. factor Delta ∆ (0,332 < 1710)
2. Faktor stabilitas K (4,72)
3. Carilah L dan S Yang manghasilkan Gp = 10 dB !
4. Rancanglah IMC input dan IMC output-nya untuk Hambatan sumber dan beban 50 !
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL
b. KASUS MANTAP BERSYARAT
Dengan transistor mantap bersyarat, prosedur perancangan untuk GP
tertentu adalah sebagai berikut:
1) Untuk GP yang diinginkan, gambar lingkaran GP konstan dan lingkaran
kemantapan beban. Pilih ΓL yang berada pada daerah mantap dan tidak
terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan beban.
2) Hitung ΓIN dan tentukan apakah conjugate match pada masukan mungkin.
Untuk itu gambar lingkaran kemantapan sumber dan periksa apakah ΓS = ΓIN*
terletak pada daerah mantap.
3) Jika ΓS = ΓIN* tidak terletak pada daerah mantap atau terletak pada daerah
mantap namun terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumber, pilih ΓL yang
lain dan ulangi langkah 1) dan 2)
Catt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan,
karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang
digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.
o22
o12
o21
o11
100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f
70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh
Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 10 dB Ref: Gonzalez, Guillermo; Microwaves Transistor Amplifier: Analysis & Design; Prentice Hall, 1984
Small-Signal RF Amplifier PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GP DITENTUKAN:
Lingkaran Gp (Operating Power Gain) Konstan
46
Solusi :
062,12 0,223 K = 0,4 → transistor mantap bersyarat
0,34 R
97,2 1,18 C
0,473 R
97,2 0,572 C
10dB G
L
oL
P
oP
P
CL
o2,97
A
Lingkaran GP = 10dB
konstanRP
RL
CP
Lingkaran kemantapan
beban
Smith Chart
Small-Signal RF Amplifier
Oleh karena |S11| < 1, daerah MANTAP berada diluar lingkaran
kemantapan BEBAN
Pilih titk A → o
L 97,2 0,1 → oINS 179,32 0,52 *
Lingkaran kemantapan sumber : o
S 171 1,67 C RS = 1,0
ΓS diatas harus diperiksa apakah berada di daerah MANTAP
Daerah mantap berada di luar lingkaran kemantapan sumber → ΓS berada di
daerah mantap, maka ΓS dapat digunakan
LOUTINS = IN*
Es
Zs = 50IMC
inZL
= 50
IMC
out
Small-Signal RF Amplifier
a) KASUS MANTAP TANPA SYARAT
A .2
212
S11
2S2
212
OUT
A g S .S 1
- 1 S
- 1
1G
.CRe 2 - ) - S.( S - 1
- 1
S
G g
1S22
112
S2
22
2S
221
A
A
*.S - S C 22111
Dengan cara yang sama seperti lingkaran GP konstan, diperoleh :
Lingkaran GA konstan :
titik pusat lingkaran : ) - S(g 1
*.Cg C
2211A
1AA
jari-jari lingkaran :
) - S (g 1
g..SS g.SS2K - 1 R
22
11A
21
2
A
2
2112A
2112
A
Semua ΓS pada lingkaran, memberikan suatu GA yang diinginkan. Untuk GA tertentu,
daya keluaran maksimum diperoleh dengan ΓL = ΓOUT*
→ ΓL ini memberikan GT = GA
Small-Signal RF Amplifier PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN: Lingkaran Ga (Available Power Gain) Konstan
b) KASUS MANTAP BERSYARAT
1. Untuk GA yang diinginkan, gambar lingkaran GA konstan dan
lingkaran kemantapan sumber. Pilih ΓS yang berada di daerah
mantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan
sumber.
2. Hitung ΓOUT dan periksa apakah conjugate match mungkin, untuk itu
gambar lingkaran kemantapan beban dan periksa apakah ΓL = ΓOUT*
berada di daerah mantap.
3. Jika ΓL = ΓOUT* tidak berada pada daerah mantap atau terlalu dekat
dengan lingkaran kemantapan beban, pilih ΓS (atau GA) yang lain dan
ulangi langkah 1) dan 2).
Catt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan,
karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang
digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.
Small-Signal RF Amplifier PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN: Lingkaran Ga (Available Power Gain) Konstan
o22
o12
o21
o11
100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f
70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh
Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GA = 10 dB!
Rancang pula IMC-in dan IMC-out dengan menggunakan stub paralel-open circuit!
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL
• VSWRIN konstan
IN
Za
(a) S
E1
Zi=50IMC
in
konstan VSWRlingkaran diturunkandapat
. - 1
* - a
a - 1
a 1 VSWR
IN
SIN
SIN
IN
Small-Signal RF Amplifier
PERANCANGAN PENGUAT DENGAN VSWR DITENTUKAN:
Lingkaran VSWRIN konstan :
titik pusat lingkaran :
2IN
2IN
a. 1
)a - (1 .* Cvi
jari-jari lingkaran :
2
IN
2
IN
a. 1
) - (1 .a Rvi
Pada kasus mantap tanpa syarat dan beberapa kasus mantap bersyarat,
ΓS dapat dipilih =ΓIN* ; untuk memperoleh VSWRIN = 1.
Bila VSWRIN = 1 →
0 Rvi
* Cvi 0 a
IN
Jadi ΓS = ΓIN* memberikan 0 a → VSWRIN = 1
Small-Signal RF Amplifier
PERANCANGAN PENGUAT DENGAN VSWR DITENTUKAN:
• VSWRout konstan
DENGAN CARA YANG SAMA :
. - 1
* -
- 1
1 VSWR
LOUT
LOUT
OUT bb
b
Lingkaran VSWROUT konstan :
titik pusat lingkaran :
2OUT
2OUT
. 1
) - (1 .* Cvo
b
b
jari-jari lingkaran :
2
OUT
2
OUT
. 1
) - (1 . Rvo
b
b
Small-Signal RF Amplifier
PERANCANGAN PENGUAT DENGAN VSWR DITENTUKAN:
Lingkaran Noise figure/Faktor Derau Konstan:
22S
2S
MIN
opt 1. - 1
opt - n 4 F F
r
dimana: FMIN = faktor derau minimum komponen aktif
rn = equivalent normalized noise resistance (= RN/ZO)
Γopt = koefisien refleksi sumber yang dapat menghasilkan faktor
derau minimum
LOUTINS = IN*
Es
Zs = ZoIMC
inZL
= Zo
IMC
out
Small-Signal RF Amplifier
PERANCANGAN PENGUAT DENGAN NOISE FIGURE DITENTUKAN:
Ambil satu harga F = Fi 2MIN
2S
2S
opt 1.n 4
F - Fi
- 1
opt -
r
Ni konstan opt 1.n 4
F - Fi Ni
2MIN
r
- 1
opt - 2
S
2S
(ΓS - Γopt).(ΓS* - Γopt) = Ni – Ni |ΓS|²
|ΓS|².(1 + Ni) – 2Re[ΓS.Γopt*] + |Γopt|² = Ni
Ni 1
Ni
Ni 1
opt *opt.Re
Ni 1
2 -
2
S2
S
→ merupakan persamaan lingkaran di bidang ΓS dan dapat ditulis menjadi :
2
222
S
Ni 1
opt - 1Ni Ni
Ni 1
opt -
untuk Ni tertentu, diperoleh lingkaran faktor derau Fi konstan.
Lingkaran faktor derau:
titik pusat lingkaran :
Ni 1
opt CFi
jari-jari lingkaran : opt - 1Ni Ni 1 Ni
1 R
22
Fi
Small-Signal RF Amplifier
Suatu transistor dengan parameter S sebagai berikut :
o22
o21
oo12
MINo
11
67- 0,839 S
3.5 Rn 26 1,681 S
166 0,475 opt 23 0,049 S
2,5dB F 169 0,552 S
Tentukan lingkaran faktor derau Fi = 2,8dB konstan
Solusi :
2MINopt 1.
n 4
F - Fi Ni
r
0,07 50
3,5
Z
Rn n
O
r
Fi = 2,8dB = 1,905
FMIN = 2,5 dB = 1,778
→ Ni = 0,1378
oFi 166 0,417
Ni 1
opt C
RFi = 0,312
o166
Lingkaran F konstan
RFi
Smith Chart0,417
Z0 Z
Small-Signal RF Amplifier
LATIHAN SOAL