BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẠT ĐỘ LỢI LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 2.4 GHZ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN VIỄN THÔNG
_________***_________

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
ĐẠT ĐỘ LỢI LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 2.4 GHZ
GVHD: Đặng Ngọc Hạnh
NHĨM: 5
SINH VIÊN:
Phan Đình Đạt – 1811890
Đỗ Đình Hòa – 1812313

TP. HCM, THÁNG 05 NĂM 2022


1

MỤC LỤC
1. Tính tốn và thiết kế.......................................................................................................................4
1.1.

u cầu...................................................................................................................................... 4

1.2.

Thơng số transitor....................................................................................................................4

1.3.

Mơ hình mạch khuếch đại........................................................................................................6

1.4.

Lý thuyết và tính tốn..............................................................................................................7

2. Kết luận.......................................................................................................................................... 15


2

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Transistor BFP196W........................................................................................................4
Hình 1.2. Mạch phân cực cho BJT...................................................................................................5
Hình 1.4. Mơ hình mạch khuếc đại...................................................................................................6
Hình 1.5. Mơ phỏng ma trận S và độ lợi cực đại..............................................................................6
Hình 1.6. Tham số tính tốn.............................................................................................................8
Hình 1.7. Đặc tuyến Gamma S và Gamma L....................................................................................9
Hình 1.8. Sơ đồ mạch sau hiệu chỉnh ZS và ZL.............................................................................10
Hình 1.9. Ma trận S và các thơng số sau hiệu chỉnh ZS và ZL.......................................................10
Hình 1.10. Mơ phỏng ZS và ZL theo Smith_Chart.........................................................................11
Hình 1.11. Phối hợp trở kháng ZL..................................................................................................12
Hình 1.12. Phối hợp trở kháng ZS..................................................................................................13
Hình 1.13. Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng có độ lợi cao nhất.......................................................14
Hình 1.14. Ma trận S và các thơng số khác khi PHTK...................................................................14
Hình 1.15. Kết quả ngõ vào và ngõ ra mạch khuếch đại.................................................................15


3

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẠT ĐỘ LỢI
LỚN NHẤT TẠI TẦN SỐ 2.4 GHZ (BFP196W)
1. Tính toán và thiết kế
1.1. Yêu cầu
Thiết kế mạch khuếch đại công suất với:
-

Hoạt động tại tần số 2.4 GHz

-

Thiết kế để mạch được độ lợi lớn nhất

-

Các mạch PHTK sẽ được thiết kế cho tất cả các trường hợp sử dụng phần tử tập trung LC

-

Đánh giá tính tuyến tính của mạch qua các thơng số: P_1dB, IIP3

1.2.

Thơng số transitor
Hình 1.1. Transistor BFP196W


4

-

Tìm điểm phân cực tĩnh cho BJT là IBB và VCE:
Hình 1.2. Mạch phân cực cho BJT

Tiến hành mơ phỏng : VCE 0 ⇒ 12V step 0.1 , IBB 20 μA ⇒ 100 μA step 10 μA .
Hình 1.3. Điểm làm việc của BJT BFP196W

-

Điểm m1 là điểm làm việc của BJT BFP196W trong vùng tuyến tính có:


5

VCE = 3V, IBB = 60 μA và Ic = 4 mA.
1.3.

Mơ hình mạch khuếch đại
Hình 1.4. Mơ hình mạch khuếc đại

Hình 1.5. Mơ phỏng ma trận S và độ lợi cực đại
-

Kết quả mô phỏng: tìm được ma trận S và độ lợi cực đại mà mạch mang lại:


6

1.4.

-

Lý thuyết và tính tốn

Kết quả mơ phỏng cho thấy ma trận S, S Max và tính ổn định của mạch ở tần số 2.4 GHz.

+ Ma trận S: S11= -1.858 , S22 =- 16.607, S21=3.546, S22=-8.743. Độ lợi cực đại max_gain(S)
= 9.245.
+ S21 là tỉ số công suất giữa 2 cổng 2 và 1 bằng 3.546 , chưa đạt giá trị tối đa là 9.635. Nên ta sẽ
hiệu chỉnh 1 số linh kiện để mạch đạt độ lợi lớn nhất.
-

Để thiết kế mạch phối hợp trở kháng để được cơng suất lớn nhất thì độ lợi tổng
cộng của mạch khuếch đại sẽ được tính như sau: GT = GSG0GL trong đó GS, G0,
GL được định nghĩa như hình bên dưới và G0 = |𝑆21|2.

-

GT được tính như sau :

-

Để G Max thì ta cần phối hợp trở kháng như sau :

-

Trong đó:


7

-

Ta thiết lập các cơng thức như sau :
Hình 1.6. Tham số tính tốn

-

Ta thu được 2 đặc tún Gamma S và Gamma L:


8

Hình 1.7. Đặc tuyến Gamma S và Gamma L

-

Tiếp tục mô phỏng theo Gamma Sn và Gamma L:

-

Dựa vào ZL và ZS tìm được từ mơ phỏng Smith_Chart ta căn chỉnh lại thông số
mạch:


9

Hình 1.8. Sơ đồ mạch sau hiệu chỉnh ZS và ZL

-

Kết quả thu được sau khi mơ phỏng:
Hình 1.9. Ma trận S và các thông số sau hiệu chỉnh ZS và ZL


10

Hình 1.10. Mơ phỏng ZS và ZL theo Smith_Chart

-

Thiết kế mạch phối hợp trở kháng để đưa ZL về 50 Ohm mà đội lợi không đổi bằng cách
dùng tool Smith_Chart trong ADS:


11

Hình 1.11. Phối hợp trở kháng ZL


12

Hình 1.12. Phối hợp trở kháng ZS

-

Sau khi có được thông số mạch phối hợp trở kháng ta thêm các phần tử cần thiết vào mạch.


13

Hình 1.13. Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng có độ lợi cao nhất

-

Kết quả mơ phỏng:
Hình 1.14. Ma trận S và các thông số khác khi PHTK


14

Hình 1.15. Kết quả ngõ vào và ngõ ra mạch khuếch đại

Ta thấy S21 = 9.244 xấp xỉ đạt cực đại, đạt được yêu cầu.
2. Kết luận
-

Dựa vào quá trình thiết kế mạch phối hợp trở kháng tại tần số 2.4 GHz, ta thấy độ lợi tối đa
của 1 mạch khuếch đại đạt được phụ thuộc nhiều vào L và C kế cả giá trị và vị trí.

-

Bài tập lớn giúp nhóm nắm rõ từng bước cũng như cách phối hợp trở kháng tại ngõ vào và
ngõ ra, cách sử dụng Smith_Chart để thiết kế phối hợp trở kháng.

-

Các tool của ADS dùng thiết mạch kế mạch rất tốt.