Progetto ed Analisi di un Amplificatore a Basso Rumore con Lossless Feedback

Un altro aspetto fondamentale da analizzare è il legame tra la stabilità di un dispositivo attivo (transistore) e la sua polarizzazione in corrente continua. Abbiamo infatti visto nel primo paragrafo come i parametri di scattering siano strettamente dipendenti dalla polarizzazione del transistor oltre che dalla frequenza a cui esso lavora. E’ quindi ovvio che anche il coefficiente di stabilità K dato dalla (1.4.8) dipenderà sia dalla polarizzazione che dalla frequenza in quanto esso stesso dipende dai parametri di scattering.

Viene ora da chiedersi se la stabilità dipenda soltanto dalla variazione della corrente di collettore Ic, dalla Vce oppure da entrambe. Per dimostrare questa dipendenza possiamo seguire due strade: o quella analitica (più rigorosa ma anche più complessa) o quella basata sull’osservazione sperimentale. Nel seguito si prenderà in considerazione il secondo metodo anche se risulta essere il meno preciso, in quanto a noi interessa capire come la stabilità varia al variare della Ic o della Vce ma non ci importa di quantificare la variazione. In pratica queste considerazioni ci serviranno solo in fase di progetto della polarizzazione per capire se dobbiamo scegliere una Ic (o Vce) grande o piccola.

Il test è stato fatto sui due transistor candidati ad essere utilizzati per il nostro progetto: il BGF197W ed il BFS520 (prodotti entrambi dalla Philips). Comunque per essere certi che le conclusioni tratte fossero universali, si è eseguito lo stesso test su un campione di 10 transistor diversi. Per ogni transistor si è seguita la seguente procedura:

· Si fissa il valore della Vce e della frequenza (compatibilmente con i valori tabulati dai costruttori).
· Si calcola il valore di K per tre o più valori differenti di Ic e si traccia il grafico (K, Ic).
· Si tracciano più curve a diverse frequenze, con lo stesso procedimento.
· Si cambia il valore della Vce e si ripetono i calcoli.

N.B. E’ bene che i valori delle Ic prese in considerazione siano sempre gli stessi per valori diversi di Vce, così è possibile fare un confronto visuale tra i due grafici.
Per effettuare il test si sono scelte tre frequenze: 100, 500, 800 MHz e valori di Vce pari a 4 e 8 Volt per il BFG197W e Vce pari a 3 e 6 Volt per il BFS520. I grafici tracciati per i due transistor sono visibili in Fig.1.4.12 ed in Fig.1.4.13.

Come è possibile osservare dalle figure di entrambi i casi, variando la Vce non si hanno evidenti variazioni delle curve. Questo sta a significare che la scelta della Vce ha poca (o nessuna) influenza sul coefficiente di stabilità K. Lo stesso non si può dire per la corrente di collettore, infatti si nota una notevole variazione di K anche per piccole variazione di Ic.

E’ evidente quindi che per avere una buona stabilità è consigliabile scegliere una corrente di polarizzazione alta, ma questo porterà altri problemi che vedremo in seguito, tra cui un peggioramento della cifra di rumore del transistore ed un maggior consumo del circuito, di cui bisognerà tener conto specie se si dovrà lavorare con apparecchi portatili e quindi alimentati con batterie. Bisogna peraltro sottolineare che un aumento della Ic porta ad un miglioramento della distorsione anch’essa molto importante per il corretto funzionamento di un amplificatore.

Comunque nella sezione relativa al progetto vero e proprio di un Low Noise Amplifier verranno fatte tutte le possibili considerazioni sulla scelta dei vari parametri, e si cercherà di trovare i giusti compromessi (trade-off) per ottenere le massime prestazioni dall’amplificatore.