Кіріспе

Таратылған күшейткіштер - бұл дәстүрлі күшейткіш жобасына беріліс желісі теориясын кіріктіретін контурлар, олар дәстүрлі контурларға қарағанда үлкен пайдасы бар жолақты өнімді алады.

Тарих

Таратылған күшейткіштердің дизайнын алғаш рет Уильям С. Персиваль 1936 жылы жасаған. Сол жылы Персиваль жеке вакуум түтіктерінің транзистенттіліктерін кіріс пен шығыста олардың элементтік сыйымдылықтарын бір топқа қоспай, сызықтық түрде қосуға болатын дизайнды ұсынды, осылайша жеке түтіктің пайдасы жолағының көбеюіне қол жеткізген схемаға келді. Персивалдың дизайны 1948 жылы Гинзтон, Хьюлетт, Джасберг және Ной бұл тақырыпқа арналған басылымға дейін кеңінен танылған жоқ. Бұл соңғы қағаз, бұл терминді таратушы күшейткіш шын мәнінде іздеуге болады. Дәстүрлі түрде DA жобалау архитектурасы вакуумдық түтік технологиясын пайдалана отырып жүзеге асырылды.

Қазіргі технология

Соңғы уақытта GaAs және InP сияқты III V жартылай өткізгіш технологиялары қолданылды. Олардың жоғары өнімділігі жоғары жолақтылықтан (жоғары электронды қозғалыс), жоғары қаныққан электрон жылдамдығы, жоғары бұзылу кернеулері және жоғары кедергілі субстраттардан туындайды. Соңғысы III V жартылай өткізгіш технологияларында жоғары сапалы фактормен (Q фактор немесе жай ғана Q) интеграцияланған пассивті құрылғылардың болуына үлкен үлес қосады. Монолитті микротолқынды интегралдық схемалардың (ММИК) бағасы, көлемі және қуат тұтынуы бойынша нарықтық талаптарды қанағаттандыру үшін, мұндай мақсаттар үшін негізгі цифрлық CMOS процестерін әзірлеу бойынша зерттеулер жалғасуда. Қазіргі ИК технологиясындағы қасиеттердің өлшемдерін үздіксіз масштабтау микротолқынды және мм толқынды CMOS схемаларына масштабталған технологияның нәтижесінде пайда болатын бірлік жиіліктерінің көбеюінен тікелей пайда алуға мүмкіндік берді. Бұл құрылғы масштабтауы, қазіргі технологияларда қол жетімді озық процесс бақылауымен бірге, жақында 170 ГГц ауысу жиілігіне (фт) және 90 нм CMOS процесінде 240 ГГц ең жоғары тербеліс жиілігіне (fmax) жетуге мүмкіндік берді.

Жұмыс істеу теориясы

ДА-ның жұмысын, мүмкін, TWTA (Traveling Wave Tube Amplifier) арқылы түсіндіру оңай. DA бірнеше белсенді құрылғылардың кіріс-шығыстарын тәуелсіз түрде жалғайтын Z0 сипаттамалық импеданстары бар екі тарату желісінен тұрады. Осылайша, бірінші құрылғының кіруіне қосылған беріліс желісінің бөлігіне RF сигналы беріледі. Кіріс сигналы кіріс желісі бойынша таралған кезде, жеке құрылғылар шығыс желісінде күшейткіш қосымша алға қарай қозғалатын толқынды пайда ету арқылы кіріс қадамға жауап береді. Бұл кіру және шығу желілерінің кідірулері екі желілердің таралу тұрақтылары мен ұзындығын таңдау арқылы тең болады және әр жеке құрылғыдан шыққан сигналдар фазада жиналады деп болжайды. Zg және Zd тораптық кедергілер деструктивті шағылыстарды азайту үшін орналастырылған. Әрбір құрылғының өткізгіштік пайдасы gm және әрбір транзистордың көрген шығыс импедансы беріліс желісінің сипаттамалық импедансының жартысы болып табылады. Осылайша, DA-ның жалпы кернеу пайдасы: Av = 1⁄2 n·gm·Z0, мұндағы n - сатылар саны. Жоғалуларды елемеу, пайда құрылғылардың (кезеңдер) санына сызықтық тәуелділікті көрсетеді. Дәстүрлі күшейткіштер каскадының көбейту сипатынан айырмашылығы, DA қосымша сапаны көрсетеді. ДА архитектурасының осы синергетикалық қасиеті жеке сатылардың бірлік жиілігінен тыс жиіліктерде пайда табуға мүмкіндік береді. Іс жүзінде сатылар саны кіріс желісінің әлсіреуінен пайда болған кіретін сигналдың азаюымен шектеледі. Төменде сатылардың оңтайлы санын анықтау тәсілдері қарастырылады. Жарық ені жиілікке тәуелді құрылғы паразиттері келтірген импеданс сәйкессіздіктерімен шектеледі. DA архитектурасы кең жолақты пайда болу сипаттамаларын алу үшін кідіртуді енгізеді. Бұл кідіріс таратылған тербеліс деп аталатын басқа тарату жүйесінің дизайнында қажетті ерекшелік болып табылады.

Біржолғы элементтер

Миллер эффектісі арқасында ортақ қоңыраудың қоңырау шалу құрылғысында кіріс және шығыс желілері біріктіріледі. Мысалы, кернеуді кері қайтару және ток күшейткіш үшін кіріс пен шығыс қалқандалған теңгерімді желі құрайды. Ағымдағы шығыс беріліс желісі әрбір кейінгі транзистормен өсіп келеді, сондықтан кернеуді тұрақты ұстау үшін L-дің саны азаяды және жылдамдықты тұрақты ұстау үшін қосымша C-дің саны артады. Бұл С екінші сатыдағы паразиттерден болуы мүмкін. Бұл кідіру желілері өздерінің кесілген жеріне жақын жерде тегіс дисперсияға ие емес, сондықтан кіріс пен шығыста бірдей L C мерзімділігін пайдалану маңызды. Егер беріліс желілерін қойсаңыз, кіріс пен шығыс бір-бірінен алыстатылады. Таратылған күшейткіш үшін кіріс күшейткіштерге қатарлап және олардың параллельді түрде беріледі. Кіріс жоғалтуларын болдырмау үшін кірме сигналдың шығуына жол берілмейді. Бұл кернеуді және шығаруды теңгермелі қолдану арқылы болдырмауға болады. Сонда паразиттік сыйымдылықтан ағып жатқан барлық сигналдар жойылады. Шығыс төмендеу импедансы бар кідірту желісінде біріктіріледі. Тар жолақты жұмыс істеу үшін фазалық сәйкестендірудің басқа әдістері мүмкін, олар сигналды бірнеше катушкалар мен конденсаторлар арқылы беруді болдырмайды. Бұл қуат күшейткіштер үшін пайдалы болуы мүмкін. Жалғыз күшейткіштер кез келген класқа жататын болуы мүмкін. Бөлінген E/F класты күшейткіштер мен кейбір фазалық сәйкестендіру әдістері арасында біраз синергия болуы мүмкін. Соңында негізгі жиілік қана қолданылады, сондықтан бұл кідірту желісі арқылы жүретін жалғыз жиілік. Миллер эффектісі арқасында жалпы көз транзисторы жоғары жиіліктерде конденсатор (инвертацияланбайтын) ретінде әрекет етеді және төмен жиіліктерде инвертациялық транскондукцияға ие. Транзистордың арнасы үш өлшемді болады. Бір өлшем, ені, қажетті токқа байланысты таңдалады. Бір транзистордың паразиттік сыйымдылығы мен екі масштабтың ені бойынша сызықтық түрде өсуі қиындық тудырады. Бөлінген күшейткіш үшін сыйымдылық , яғни бір транзистордың ені ең жоғары жиілікке негізделіп таңдалады және ток үшін қажетті ен барлық транзисторларға бөлінеді.