KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ TUYẾN TÍNH MẠCH KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN

NHÓM 3 NGUYỄN DUY TÂN
HỒ PHÚ THÁI
NGUYỄN PHÚC THIỆN
HỒ QUỐC TÍN
HƯỚNG DẪN Thầy HOÀNG MẠNH HÀ
BÀI 3 – PHẦN 1
KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ TUYẾN TÍNH MẠCH KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN
1. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM:
1.1. Mô hình mạch khuếch đại:
Mô hình tổng quát của một mạch khuếch đại siêu cao tần: phần tử khuếch đại có ma trận đặc
tính [S], là một mạng 2 cửa: cửa 1 và cửa 2, có sóng tới và sóng về tương ứng là a1, b1 và a2,
b2. Việc thiết kế và phân tích mạch thường phải dựa trên mô hình tán xạ [S].
Chú ý các nội dung chính sau:
• Hệ số truyền đạt công suất
• Phối hợp trở kháng vào ra của mạch khuếch đại
• Sự ổn định của mạch khuếch đại
• Phân cực DC
• Mô hình transistor đơn hướng
• Nhiễu trong mạch khuếch đại siêu cao tần
1.2. Thiết bị sử dụng trong việc đo
Máy đo ZVB8
1
Module khuếch đại siêu cao tần (AMP)
Module AMP1 Module AMP2
Sơ đồ kết nối:
2
• 1: port 1 máy đo ZVB8 nối với port in module AMP
• 2: module AMP
• 3: port out module AMP
• 4: bộ suy giảm 20dB
• 5: port 2 máy đo ZVB8

• 6: nối với nguồn DC
1.3. Câu hỏi chuẩn bị
Câu 1. Cho biết ý nghĩa của hệ số truyền đạt ?
Hệ số truyền đạt :
Trong đó, lần lượt là công suất tín hiệu tiêu thụ trên tải và công suất tín hiệu tối đa
nguồn có thể cung cấp (công suất thực đến ngõ vào cửa 1 khi phối hợp trở kháng nguồn và trở
nhìn vào cửa 1).
phụ thuộc vào và , đặc biệt là – hệ số truyền đạt công suất riêng của phần tử
khuếch đại.
3
Khi thì : chỉ phụ thuộc vào phần tử khuếch đại.
Khi hoặc khác thì có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn , nó còn phụ thuộc vào .
Điều đó cho thấy tầm quan trọng của phối hợp trở kháng đầu vào.
Câu 2. Các cách phân cực DC và những đặc điểm của chúng?
Các cách phân cực chủ yếu để đạt được ổn định nhiệt với chỉ một áp nguồn cung cấp là:
• Base-biased emitter feedback
• Voltage-divider emitter feedback
• Collector-feedback
• Diode feedback
• Active-feedback bias
Tất cả đều được dùng để phân cực thiết bị lớp A, AB. Transistor lớp B, C dùng một số phương
pháp khác.
Base-biased emitter feedback: điện trở cực nền, áp Vbe 0.7V và điện trở cực emitter nối
tiếp nhau.
Áp trên điện trở R
E
là V
E
càng lớn thì bộ khuếch đại càng ổn định, nhưng năng lượng sẽ hao phí
trên R

E
, độ lợi tín hiệu AC cũng giảm nếu không sử dụng tụ bypass.
Giá trị chuẩn của V
E
cho các thiết kế HF (hoặc amateur band) là từ 2 đến 4V để đạt được sự ổn
định của . Khuếch đại UHF và các dải tần cao hơn thường tránh dùng các điện trở emitter.
Để đạt được sự bù nhiệt độ, người ta sử dụng phương pháp Bù Nhiệt Diode (Diode
Temperature Compensation). Hai diode D1 và D2 sẽ theo dõi nhiệt độ bộ khuếch đại.
4
Diode sẽ giảm điện trở nội, từ đó làm giảm áp thuận trên nó, tù đó làm giảm áp Vbe và dòng
gây ra do chuyển động nhiệt.
Collector-feedback bias: rẻ hơn nhưng ổn định nhiệt độ kém hơn.
Đối với transistors lưỡng cực, bộ khuếch đại lớp C dùng 3 kỹ thuật:
• Phân cực tín hiệu
• Phân cực ngoài
• Tự phân cực
Phân cực tín hiệu:
5
Transistor lớp C không cần phân cực nền, nhưng cần nối đất thông qua RFC để tăng sự ổn định
công suất.
Phân cực ngoài:
Sử dụng nguồn phân cực DC âm và một nguồn áp dương cung cấp cho collector. Cuộn RFC có
trở kháng cáo để ngăn dòng xoay chiều ảnh hưởng đến tín hiệu.
Highly Stable Active Bias for High Frequency Amplifiers: dùng current mirror.
6
Bias Circuit using supply regulator
Các ưu điểm của mạch phân cực trên:
• Trở kháng nguồn thấp, giá thành phải chăng
• Áp phân cực độc lập với áp nguồn cung cấp
• Bù nhiệt dễ thực hiện trên mạch này.

Active Voltage-Feedback Bias
Cách mắc phân cực dưới đây dùng hai transistor NPN và PNP hồi tiếp từ collector về cực nền
Q1.
Source bias, a form of self bias for FET
7
FET Active Feedback bias
Câu 3. Chức năng của thiết bị ZVB8 trong việc đo các thông số tuyến tính của mạch
khuếch đại?
Máy ZVB8 có thể đo được các thông số ma trận S của mạng khuếch đại (và các mạng nhiều
cửa) theo tần số và biểu diễn hệ số phản xạ công suất trên đồ thị Smith, từ đó suy được
khoảng tần số làm việc của mạch khuếch đại, sự ổn định và các thông số liên quan.
Câu 4. Các thông số cho phép cực đại tại các test port của ZVB8 là những thông số
nào, giá trị bao nhiêu? Có ý nghĩa gì? Các biện pháp bảo đảm an toàn cho thiết bị
đo?
Công suất tối đa: 40dB. Đây là công suất cực đại của tín hiệu vào được phép.
Biện pháp đảm bảo an toàn cho thiết bị đo:
• Mang vòng tĩnh điện để giảm tĩnh điện ở tay.
• Sử dụng bộ suy giảm 20dB để giảm công suất tín hiệu ở port in.
• Tăng dần công suất của máy phát. Dừng tăng công suất nếu công suất đầu vào gần đạt
ngưỡng.
Câu 5. Công dụng và ảnh hưởng của bộ suy giảm trong việc thực hiện đo các thông
số tán xạ S dùng ZVB8?
8
Công dụng của bộ suy giảm:
• Sử dụng bộ suy giảm 20dB để giảm công suất tín hiệu ở port in thiết bị, giúp đảm bảo
an toàn cho thiết bị.
Ảnh hưởng của bộ suy giảm:
• Công suất tín hiệu vào bị suy hao 20dB, do đó khi xác định giá trị thực phải lấy giá trị
máy đo cộng thêm 20dB.
2. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

2.1. Chuẩn bị trước khi thí nghiệm
Chuẩn bị module cần đo là module AMP, nguồn phát DC, đồng hồ VOM, bộ suy hao 20dB, đeo
vòng khử tĩnh điện vào tay khi tháo lắp cáp. Làm sạch các đầu port nếu cần, vì có thể bụi bẩn
sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo.
Module mạch AMP sẽ dùng để thực hiện thí nghiệm:
Module AMP1 Module AMP2
2.2. Tiến trình thí nghiệm đối với module AMP1
Bước 1: Thực hiện quá trình calibration trước khi đo đạc
Bước 2:

Tiến hành cấp nguồn DC cho module
Bước 3:

Kiểm tra ảnh hưởng của nguồn DC lên các port in, out của module AMP
Điện áp DC port in: 0VDC
Điện áp DC port out: 0VDC
Vậy không có DC ở các công của AMP.
Bước 4: Gắn bộ suy hao 20dB vào port out module AMP.
9
Bước 5: Gắn port 1 máy đo ZVB8 vào port in module AMP, port 2 vào port out của bộ
suy hao.
Xem hình:
Bước 6: Khởi động máy đo ZVB8, ban đầu ta thấy có 1 đường trace hiển thị S11, để
đo S21 ta nhấn MEAS > S21
Bước 7: Thực hiện scale cho trace
Bước 8: Để quan sát được tần số hoạt động tốt nhất của thiết bị, ta dựa vào tần số
mà tại đó hệ số truyền đạt S21 là lớn nhất. Sử dụng marker, nhấn MARKER >
MARKER1, tiếp tục nhấn SEARCH > MAX SEARCH
Thực hiện phép đo ta thu được các kết quả:
Hệ số

10
Tại tần số 120MHz, . Hệ số truyền đạt công suất của phần tử
khuếch đại:
Khoảng tần số làm việc: [40, 320] MHz.
Hệ số
Tại điểm MARKER 1 ở trên thì . Nhận xét: sóng phản xạ rất ít.
Hệ số định hướng:
Đồ thị Smith
11
Ta sử dụng đồ thị Smith để quan sát các thông số đặt trưng S11 và S22, đề xem sự phối hợp
trở kháng ở 2 cửa vào ra.
Để quan sát bằng Smith, nhấn FORMAT > Smith. Đồ thị S22:
Cửa 2 phối hợp trở kháng tốt. Mạch hoạt động ổn định.
Đồ thị S11:
12
Cửa 1 phối hợp trở kháng chưa tốt do ta không có quá trình calibration trong khâu chuẩn bị.
Bước 9: tháo module AMP1
2.3. Tiến trình thí nghiệm đối với module AMP2:
Các bước tiến hành giống với các bước tiến hành với module AMP1. Chú ý điện áp DC cấp cho
module 2 là 6V, dòng 500mA.
Sơ đồ kết nối:
13
Hệ số S21
Tại tần số 760MHz, . Hệ số truyền đạt công suất của phần tử khuếch đại:
Tần số làm việc: 270.8MHz đến 1.95GHz.
14
Hệ số S12
Đồ thị Smith S11 và S22 theo thứ tự:
15
Cổng 1 phối hợp trở kháng chưa tốt do không có quá trình calibration. Cổng 2 phối hợp trở

kháng tốt.
16
3 Kết luận
Module AMP có độ khuyếch đại khoảng 20dB ở tần số 2.5GHz.
BÀI 3 – PHẦN 2
KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ PHI TUYẾN
MẠCH KHUẾCH ĐẠI SIÊU CAO TẦN
1. CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM
Sinh viên đọc kỹ hướng dẫn sử dụng các thiết bị sẽ sử dụng cho bài thí nghiệm này bao gồm:
• Máy phân tích phổ FSP - SPECTRUM ANALYZER.
• Máy phát tín hiệu SMJ100A – Vector signal generator
Sinh viên tìm hiểu kỹ về các vấn đề liên quan đến tính phi tuyến của mạch khuếch đại siêu cao
tần:
• Sự méo dạng tín hiệu khi qua mạch khuếch đại.
• Đặc tuyến vào, ra của mạch khuếch đại.
• Phương pháp đo thông số phi tuyến mạch khuếch đại sử dụng một tone và hai tone.
• Các thông số thể hiện đặc tính phi tuyến của mạch khuếch đại siêu cao tần.
Thiết bị sử dụng trong việc đo
17
FSP - SPECTRUM ANALYZER
SMJ100A – Vector signal generator
Module khuếch đại siêu cao tần (AMP)
Sơ đồ kết nối
18
• 1: Ngõ ra SMJ100A nối với port in module AMP
• 2: module AMP
• 3: port out module AMP
• 4: bộ suy giảm 20dB
• 5: nối với ngõ vào FSP - SPECTRUM ANALYZER
• 6: nối với nguồn DC

Câu hỏi chuẩn bị
Câu 1. Công dụng của các thiết bị: SMJ100A, FSP trong việc đo các thông số phi
tuyến của mạch khuếch đại?
• SMJ100A: máy phát tín hiệu.
• FSP: máy phân tích phổ tần
Câu 2. Các thông số cho phép cực đại tại các test port của FSP-Spectrum analizer là
những thông số nào, giá trị bao nhiêu? Có ý nghĩa gì? Các biện pháp bảo đảm an
toàn cho thiết bị đo?
•
•
• Chạm tay vào vỏ máy trước khi lắp cáp vào port.
• Sử dụng bộ suy giảm 20dB để giảm công suất tín hiệu ở port in.
Câu 3. Trong trường hợp đo hai tone, tín hiệu phát ra từ náy SMJ100A là tín hiệu gì?
Tín hiệu sine đã được điều chế.
Câu 4. Khi đặc tuyến mạch khuếch đại không tuyến tính, các thành phần tần số nào
có thể xuất hiện ở tín hiệu ngõ ra, nếu tín hiệu vào có hai thành phần tần số
2.49GHz và 2.51GHz?
19
Thành phần Intermodulation Component (IM) cơ bản: f
1
= 2.49GHz, f
2
= 2.51GHz
IM2:
IM3: . Ta khảo sát .
IM4: .
IM5: . Ta khảo sát .
Câu 5. Các thông số quan trọng thể hiện tính phi tuyến của mạch khuếch đại là gì? Ý
nghĩa của chúng?
a. Các thành phần Intermodulation Component bậc cao (IM2, IM3, IM4, IM5). Tính phi tuyến

của bộ lọc có thể được đo dựa theo phổ của các thành phần này. Uớc lượng sự thay đổi biên
độ (dB) của IM theo thành phần cơ bản cho biết bậc phi tuyến của bộ lọc.
b. Điểm gãy 1dB của đồ thị công suất đầu ra bộ khuếch đại khi công suất đầu vào tăng tuyến
tính. Điểm gãy cho biết ngưỡng của công suất vào mà tại đó, công suất ra bắt đầu bão hòa.
c. Các giao điểm Output Intercept Power Point của công suất IM bậc cao so với IM cơ bản.
20
2. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
2.1. Chuẩn bị trước khi thí nghiệm:
Sinh viên chuẩn bị module cần đo là module AMP, nguồn phát DC, đồng hồ VOM, bộ suy hao
20dB, cáp, bộ nối. Làm sạch các đầu port nếu cần, vì có thể bụi bẩn sẽ ảnh hưởng đến kết quả
đo.
Sinh viên chuẩn bị giấy, bút để ghi chép các kết quả đo.
Module mạch AMP sẽ dùng để thực hiện thí nghiệm:
2.2. Tiến trình thí nghiệm đo một tone
Bước 1: Thiết lập các thông số ban đầu cho các thiết bị đo như sau:
Bước 2: Xác định độ suy hao của cáp:
Quan sát trên FSP, xác định giá trị của vạch phổ ở tần số 2.5GHz. So sánh với công suất phát
từ SMJ100A? Giải thích?
21
Trả lời:
Cable 1. Công suất phát -20dBm. Phổ công suất tại tần số 2.5GHz là -45dBm. Suy ra
độ suy hao của cable là -25dBm.
Cable 2. Cùng công suất phát, phổ công suất tại tần số 2.5GHz là -20.75dBm. Suy ra
độ suy hao của cable là -0.57dBm.
Bước 3: Tiến hành cấp nguồn DC cho module
• Bật nguồn DC
• Điều chỉnh mức điện áp +6V, dòng 500mA
• Nối nguồn DC đến các cọc cấp nguồn cho Module AMP. (chú ý nối đúng cực tính).
Bước 4: Kiểm tra ảnh hưởng của nguồn DC lên các port in, out của module AMP:
Giá trị điện áp DC port in: 0VDC

Giá trị điện áp DC port out: 0VDC
Bước 5: Gắn bộ suy hao 20dB vào port out module AMP.
Bước 6: Nối ngõ ra SMJ100A với port in module AMP. Nối port out của bộ suy hao với
ngõ vào FSP.
Bước 7: Thu thập số liệu
22
Điều chỉnh mức công suất phát từ SMJ100A tăng từ: -20dBm đến 2dBm, với mỗi bước cách
nhau 1dBm. Đọc giá trị công suất phổ trên FSP ứng với mỗi mức công suất phát từ FSP. Ghi lại
dữ liệu vào cột P1 bảng sau.
Điều chỉnh mức công suất phát từ SMJ100A giảm từ: 2dBm đến -20dBm, với mỗi bước cách
nhau 1dBm. Đọc giá trị công suất phổ trên FSP ứng với mỗi mức công suất phát từ FSP. Ghi lại
dữ liệu vào cột P
2
bảng sau.
Pin P1 P2 P3 P trung bình
-20 -23.21 -23.35 -23.13 -23.23
-19 -22.33
-22.53
-33.46 -22.77
-18 -21.26 -21.49 -21.46 -21.40
-17 -20.53 -20.39 -20.39 -20.44
-16 -19.37 -19.47 -19.35 -19.40
-15 -18.3 -18.25 -18.25 -18.27
-14 -17.3 -17.25 -17.28 -17.28
-13 -16.24 -16.21 -16.36 -16.27
-12 -15.23 -15.23 -15.23 -15.23
-11 -14.29 -14.22 -14.22 -14.24
-10 -13.5 -13.25 -13.34 -13.36
-9 -12.36 -12.3 -12.3 -12.32
-8 -11.33 -11.29 -11.23 -11.28

-7 -10.32 -10.32 -10.26 -10.30
-6 -9.31 -9.34 -9.31 -9.32
-5 -8.27 -8.36 -8.3 -8.31
-4 -7.27 -7.3 -7.5 -7.36
-3 -6.08 -6.23 -6.3 -6.20
-2 -4.49 -4.76 -4.67 -4.64
-1 -4.34 -4.18 -4.23 -4.25
0 -4.67 -4.67 -4.67 -4.67
1 -5.16 -5 -5.16 -5.11
2 -5.83 -5.74 -5.83 -5.80
Giá trị các cột xấp xỉ nhau. Có sự chênh lệch là do sai số trong quá trình đo.
Tháo hai đầu cáp khỏi module AMP.
2.3 Tiến trình thí nghiệm đo hai tone
Bước 1:
Thiết lập các thông số cho các thiết bị SMJ100A như sau:
Bước 2:
Quan sát phổ công suất của tín hiệu hai tone trên FSP:
Kết nối trực tiếp ngõ ra SMJ100A và ngõ vào FSP qua hai sợi cáp và một bộ nối (female –
female SMA).
23
Quan sát trên FSP, xác định tần số và giá trị của các vạch phổ.
So sánh với công suất đặt của sóng mang trên SMJ100A?
Công suất đặt vào -20dBm. Cable 1 có suy hao -25dBm. Công suất nhận được là -24.5 dB. Từ
đó suy ra độ lợi của AMP khoảng 20 dB.
Bước 3:
Nối ngõ ra SMJ100A với port in module AMP. Nối port out của bộ suy hao với
ngõ vào FSP.
Bước 4:
Thu thập số liệu
Điều chỉnh mức công suất phát từ SMJ100A tăng từ: -20dBm đến 2dBm, với mỗi bước cách

nhau 1dBm. Đọc giá trị công suất phổ trên FSP ứng với mỗi mức công suất phát từ FSP và ứng
với các tần số. Ghi lại dữ liệu vào bảng sau.
Chú ý: Để đọc trị số các điểm đỉnh trên máy FSP thực hiện như sau:
Nhấn nút MKR FCTN (maker function), chọn Peaklist. Điều chỉnh mức công suất phát từ
SMJ100A giảm từ: 2dBm đến -20dBm, với mỗi bước cách nhau 1dBm. Đọc giá trị công suất phổ
trên FSP ứng với mỗi mức công suất phát từ FSP và ứng với các tần số. Ghi lại dữ liệu vào bảng
sau:
24
Pin (dBm)
f1
2.5104GHz
f2
2.5304GHz
f3
2.5496GHz
f4
2.5696GHz
f5
2.5904GHz
IM1 IM3 IM5
-20 -26.65 Nhiễu nền
-19 -25.72
-18 -24.54
-17 -23.65
-16 -22.68
-15 -21.88
-14 -20.79
-13 -19.80
-12 -18.43
-11 -17.79

-10 -16.70
-9 -15.72
-8 -14.71
-7 -13.75
-6 -12.83
-5 -11.77
-4 -10.79
-3 -9.76
-2 -8.89
-1 -7.79
0 -6.67 -55.14 -61.99 -61.02 -61.99
1 -5.06 -50 -62.03 -61.01 -62.03
2 -4.21 -47.23 -57.14 -59.01 -62.03
3 -3.91 -42.68 -52.6 -58.55 -62.03
4 -3.76 -37.69 -46.06 -57.20 -61.00
5 -3.67 -31.1 -42.09 -57.38 -56.12
6 -3.67 -26.77 -40.28 -50.86 -53.92
7 -3.67 -23.01 -42.71 -43.69 -55.82
8 -3.91 -20.39 -56.81 -40.23 -50.41
9 -4.18 -18.56 -41.09 -40.41 -45.90
10 -4.24 -16.7 -33.76 -43.62 -41.96
11 -3.57 -15 -30.34 -51.67 -41.86
12 -2.67 -13.92 -27.29 -47.12 -43.01
13 -2 -12.33 -23.96 -36.78 -51.10
14 -2.07 -11.29 -21.92 -32.25 -48.92
15 -2.07 -10.53 -20.55 -29.52 -40.56
16 -2.07 -10.01 -18.81 -26.89 -37.00
17 -1.96 -9.92 -18.34 -25.85 -34.88
18 -2.12 -9.83 -18.25 -25.64 -34.76
19 -2.02 -9.86 -18.25 -25.70 -34.61

20 -2.12 -9.86 -18.25 -25.70 -34.76
Bước 12:
Tháo kết nối và tắt thiết bị
Tháo cáp khỏi module AMP.
25