3.3 KiB
Executable File
Integrerade kretsar är komplexa kretsar som realiseras på ett halvledarsubstrat. De är därmed en väsentlig lättnad vid uppbyggnaden av elektroniska kretsar.
[photo:334:a_ic:Kortvågssändaren TinyWhisper från JKU Linz och JMU Würzburg, realiserad som integrerad krets i 130 nm CMOS-teknik]Som en särskild klass av integrerade kretsar finns Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). De förenar både aktiva och passiva komponenter på samma substrat. Dessa dimensioneras typiskt för en in- och utgångsimpedans på \qty{50}{\ohm}. Med dem är en hög bredbandig förstärkning möjlig med få komponenter.
För att räkna på MMIC-kopplingar är det bra att först titta närmare på kopplingen i figur [ref:a_mmic].
Kondensatorerna C_1 och C_3 fungerar som kopplingskondensatorer. De släpper igenom HF-signaler men spärrar likspänning. Därigenom förhindras att likspänningar överförs mellan de enskilda kopplingsstegen och påverkar arbetspunkten.
Drosseln i matningsspänningsledningen U_\mathrm{CC} förhindrar att HF-signaler kan läcka ut via spänningsförsörjningen. För högfrekvens har drosseln ett högt motstånd och verkar därför som en spärr. Kondensatorn C_2 fungerar som HF-avkoppling av matningsspänningen. Den leder kvarvarande HF-delar till jord och ser till att matningsspänningen förblir HF-mässigt stabil. Tillsammans med drosseln bildar den en HF-avkoppling av matningsspänningen. Denna koppling lär vi känna senare som ”bias-T”.
En egenhet hos många MMIC är att matningsspänningen tillförs via utgången. Motståndet R_\text{BIAS} ställer då in MMIC:ens arbetspunkt.
Beroende på uppgiften kan man först ur spänningsfallet över MMIC:en bestämma spänningsfallet över motståndet R_\text{BIAS}. Med det kända motståndsvärdet kan man sedan beräkna strömmen genom kopplingen. Samma ström flyter också genom MMIC:en, så att man därur till exempel kan bestämma den termiska förlusteffekten. Uppgifterna kan därför lösas mycket likt de tidigare kända kopplingarna med bipolärtransistorer.
Räkneexempel 1: U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}, U_{\textrm{CC}} = \qty{13,5}{\volt}, I_{\textrm{D}} = \qty{10}{\milli\ampere}. Sökt är R_{\textrm{BIAS}}:
R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} - U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{\qty{13,5}{\volt} - \qty{4}{\volt}}{\qty{10}{\milli\ampere}} = \qty{950}{\ohm}
Räkneexempel 2: U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}, U_{\textrm{CC}} = \qty{13,8}{\volt}, I_{\textrm{D}} = \qty{15}{\milli\ampere}:
R_{\textrm{BIAS}} = \frac{\qty{13,8}{\volt} - \qty{4}{\volt}}{\qty{15}{\milli\ampere}} = \qty{653,3}{\ohm} \rightarrow \qty{680}{\ohm} (närmaste standardvärde)
Räkneexempel 3: U = \qty{9}{\volt}, R_{\textrm{BIAS}} = \qty{470}{\ohm}, U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}. Sökt är förlusteffekten i MMIC:en. Strömmen genom R_{\textrm{BIAS}} är densamma överallt, eftersom ingen annan ohmsk förbrukare finns i kopplingen:
I_{\textrm{D}} = \frac{U-U_{\textrm{D}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{\qty{9}{\volt}-\qty{4}{\volt}}{\qty{470}{\ohm}} = \qty{10,64}{\milli\ampere}
P = U_{\textrm{D}} \cdot I_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt} \cdot \qty{10,64}{\milli\ampere} \approx \qty{43}{\milli\watt}