مدار تقویت کننده کم نویز

مدار تقویت کننده کم نویز:
شکل زیر نمودار مداری عمومی یک LNA را حول ترانزیستورT1نشان می دهد. ترانزیستورT1 به صورت یک ماسفت کانال N یا nMOS نشان داده شده است، اما می تواند هر ترانزیستور فرکانس بالای دیگری (مانند BJT و…) نیز باشد.

همان طور که می بینیم، ترانزیستور مورد نظر به صورت یک تقویت کننده سورس مشترک پیکربندی شده است. البته در عمل سایر پیکربندی ها نیز به کار گرفته می شود.

ساده ترین پیکربندی از یک ترانزیستور ماسفت به صورت سورس مشترک (یا امیتر مشترک برای HBT) بهره می برد. ترانزیستور معمولاً با زاویه هدایت2θ با ∘360 بایاس می شود.

با در نظر گرفتن شکل موج های سینوسی زاویه هدایت به بخشی از دوره تناوب شکل موج که در آن ترانزیستور هدایت می کند اطلاق می شود و قابلیت بیشتری برای به کار رفتن در عملکرد تقویت کننده سیگنال بزرگ (یعنی تقویت کننده توان) دارد. مقدار 2θ=360 یعنی ترانزیستور در همه لحظات هدایت می کند.

در شکل بالا، ولتاژVDD ولتاژ منبع و RFC یک چوک فرکانس رادیویی است (به صورت ایده آل، یک سلف با راکتانس بی نهایت و مقاومت سری صفر).

چوک فرکانس رادیویی به اندازه کافی بزرگ است تا جریان ثابت گذرنده از درین (یا کلکتور) را پایدار کند. سیگنال فرکانس رادیویی (RF) ورودی به شبکه تطبیق ورودی اعمال می شود.

در LNAها معمولاً از فیدبک استفاده می شود که در شکل نشان داده شده است، اما می توان از استفاده از آن صرف نظر نیز کرد.

ترکیب متفاوت اجزای مدار منجر به تقویت کننده هایی با باند پهن یا باند نازک می شود.

دو پیکریندی کاربردی تقویت کننده کم نویز عبارتند از: یکی بر اساس تقویت کننده سورس مشترک تک ترانزیستوری و دیگری، تقویت کننده سورس مشترک زنجیره ای (Cascode). سومین پیکربندی رایج عملی، مبتنی بر تقویت کننده گیت مشترک است که در اینجا از توضیح آن خودداری می کنیم.

شکل زیر پیکربندی زنجیره ای را نشان می دهد. این پیکریندی، تطبیق مستقل در ورودی و خروجی را تسهیل می کند و همچنین با افزایش امپدانس خروجی، بهره کلی سیستم را بهبود می دهد. یکی از اشکالات اصلی استفاده از پیکربندی زنجیره ای این است که خطی بودن تقویت کننده را به دلیل کاهش نوسان خروجی کم می کند.

شکل زیر، همچنین اهمیت استفاده از سلف ها را در طراحی LNA نشان می دهد. تطبیق ورودی از طریق سلفLg انجام می شود. سلف سورس این امکان را می دهد تا هم زمان بهینه سازی نویز و تطبیق توان فراهم شود.

مدار دوم، تقویت کننده کم نویز بسیار پهن باند فیدبک شنت-سری (UWB) است که در شکل زیر نشان داده شده است و با یک ترانزیستور ساخته می شود. پیکربندی های تک ترانزیستوری در موارد ولتاژ پایین ترجیح داده می شوند.

همان طور که در شکل زیر می بینیم، مسیر فیدبک از طریق اجزایLf، Rf و Cf کامل می شود و Cc خازن مسدودکننده است و CB برای پایدارسازی منبع DC به کار می رود.

علاوه بر پهنای باند پهن، تقویت کننده های فیدبک، مانند آنچه در شکل نشان داده شده است، ویژگی هایی از جمله حاصل ضرب بهره در پهنای باند (GBP) ثابت، قابلیت اصلاح امپدانس ورودی و خروجی که به نوبه خود تطبیق توان باند عریض را تسهیل کرده و امکان تطبیق همزمان نویز و توان را فراهم می کند.

بنابراین، این پیکربندی عملکردی مشابه LNA آبشاری خواهد داشت.

از آنجا که هدف اصلی یک LNA تقویت سیگنال دریافتی ضمن حفظ شکل نویز پایین و مصرف توان کم است، طبیعی است که بهره تقویت کنندگی، مصرف توان و نویز آن، پارامترهای مهمی باشند که ابتدا درباره آن ها بحث کنیم.