Simulation et mesure de l'amplificateur

Principe de l'amplificateur - Amplificateur à 0,9 GHz

    L'amplificateur à réaliser est un amplificateur  à 0,9GHz avec un gain maximum.

    Pour faire cette amplification, on utilisera un transistor dont la référence est AT 42085, c’est un transistor bipolaire Silicium de chez HP. Ce transistor a une certaine impédance d'entrée et de sortie. Comme nous travaillons à 50 ohms, il nous faut faire une adaptation d'impédance en entrée et en sortie (voir figure 1). Le gain obtenu sera maximal lorsque l'adaptation sera réalisée simultanément en entrée et sortie.

figure 1

    Les adaptations seront réalisées grâce au placement en parallèle d'un stub (voir figure 2) sur une ligne microruban. Toutes les lignes et stubs auront une impédance caractéristique de 50 ohms. Ceci se traduit par une largeur de ligne de 1,52mm sur du substrat FR4 de hauteur h = 0,8 mm. On réalise cette adaptation en jouant sur les longueurs l et d (voir figure 2)

figure 2

    Dans un premier temps, pour avoir l'impédance d'entrée et de sortie du transistor, on considère que l'impédance d'entrée correspond au paramètre S11 et que l'impédance d'entrée correspond au paramètre S22 ( le transistor est considéré comme unilatéral donc S12 = 0). Ces paramètres sont définis dans la documentation technique du transistor en fonction de la fréquence. On prend donc les paramètres correspondant à la fréquence la plus proche de celle que l'on veut. Dans notre cas nous prendrons les paramètres correspondant à la fréquence de 1GHz au lieu de 0,9GHz. L'erreur due à l'approximation ne sera donc pas très importante. On obtient des impédances complexes :

Ze = S11 = 0,65 e-168°

Zs = S22 = 0,45 e-33°

    Voyons donc comment déterminer les longueurs l et d pour l’adaptation en entrée.

    Pour obtenir le gain maximum, on montre qu’il faut présenter au transistor l’impédance d’entrée et sortie conjuguée du transistor, on la notera Ze* et Zs*. Comme le stub est placé en parallèle, on travaillera alors uniquement avec des admittances. Donc dans un premier temps nous allons convertir l’impédance conjuguée en admittance. Pour obtenir cette admittance (ye*), il suffit de prendre sur l’abaque de Smith le point diamétralement opposé à l’impédance conjuguée (voir figure 3).

    Le but de l’adaptation est donc de se retrouver au point ye* sur l’abaque en étant parti du centre de l’abaque (yligne). Pour ce faire on déplace le point yligne jusqu’au point yligne’(voir figure 3), ce déplacement se fait grâce au stub.

    On va prendre une longueur de stub qui correspond au déplacement de yco jusqu’à ystub (voir figure 3). On prend comme admittance yco car le stub que l’on utilise est un circuit ouvert à son extrémité, il a une impédance infinie et son admittance est nulle. Ensuite, grâce à la longueur l (voir figure 3), on déplace l’admittance yligne’ jusqu’à l’admittance ye*.

figure 3

    Cette démarche est la même pour l’adaptation en sortie.

Et nous obtenons comme longueurs :

    Le transistor est un circuit actif c’est-à-dire qu’il faut l’alimenter pour qu’il puisse amplifier un signal. Pour polariser le transistor, on utilisera le montage de la figure 4.

    Et on prendra comme valeurs suivantes pour les différents composants :

    C = 100nF et L = 1 mH

    R1 = 100ohms

    R2 = 1KW car on souhaite une polarisation du transistor à Vce = 8 V et Ic = 10 mA

Simulation et mesure de l'amplificateur

figure 4

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