(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn môn điện tử TƯƠNG tự II mô phỏng bộ tạo dao động ở tần số 2 6 ghz cho 5g sub band bằng phần mềm ADS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -oOo- BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ II Mô tạo dao động tần số 2.6 Ghz cho 5G sub band phần mềm ADS Mã lớp LT+BT: 124820 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Lâm Trần Thị Băng Giang Nguyễn Đình Cảnh Hà Nội, 6/2021 MỤC LỤC Lời nói đầu i DANH SÁCH HÌNH ẢNH .ii CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG .1 1.1 Giới thiệu 1.2 Lý chọn đề tài tạo dao động 1.3 Khái niệm mạch tạo dao động .2 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MẠCH TẠO DAO ĐỘNG HỒI TIẾP DƯƠNG 2.1 Điều kiện để mạch dao động .3 2.2 Đặc điểm mạch dao động .4 CHƯƠNG : CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG 3.1 Giới thiệu chung phần mềm ADS 3.2 Các bước mô .6 CHƯƠNG MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 13 4.1 Các thông số mạch 14 4.2 Kết Quả Mô Phỏng 16 4.2.1 Khoảng thời gian lúc đầu dao động 16 4.2.2 Khoảng thời gian lúc sau dao động ổn định 17 4.2.3 Chu kì tín hiệu 18 KẾT LUẬN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 Lời nói đầu Bài báo cáo thực nhằm trình bày q trình nhóm thực tập lớn môn học Điện Tử Tương Tự II "Mô mạch tạo dao động tần số 2.6Ghz cho 5G sub band phần mềm ADS" Báo cáo nhằm tổng hợp kiến thức sinh viên thu trình làm tập lớn đồng thời thể khả khả ứng dụng kiến thức học môn Điện Tử Tương Tự II vào thực tế Báo cáo gồm có: Giới thiệu chung Lý thuyết mạch tạo dao động hồi tiếp dương Mạch mô Kết mô Kết Luận Tài liệu tham khảo i DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ khối mạch tạo dao động Hình 2: Phần mềm ADS Hình Mơ mạch phần mềm ADS 16 Hình Mạch hồi tiếp LC điểm 17 Hình Mạch khuếch đại JFET Common Gate 18 Hình Kết mơ thời gian từ 0–10 nsec với step 0.01 nsec .20 Hình Kết mơ thời gian từ 10–20 nsec với step 0.01 nsec .20 ii CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu Bài viết mô tả thiết kế tạo dao động điều hòa tần số 2.6GHz dựa lý thuyết từ hướng dẫn tạo dao động Trong suốt thiết kế, mạch mô ADS Keysight Technology đưa để xác minh giai đoạn thiết kế hiển thị hiệu suất dự đoán 1.2 Lý chọn đề tài tạo dao động Bộ tạo dao động thành phần quan trọng mạch điện, dùng để cung cấp tín hiệu vào cần thiết cho mạch hoạt động Việc chọn đề tài giúp sinh viên hiểu rõ việc tín hiệu đầu vào tạo nào, kiến thức thú vị khác biệt với mạch điện khác mà sinh viên học làm việc với tín hiệu đầu vào có sẵn để tạo đầu tương ứng 1.3 Khái niệm mạch tạo dao động Mạch tạo dao động mạch điện tử tạo dạng sóng tuần hồn liên tục tần số xác Mạch tạo dao động chuyển đổi đầu vào DC (điện áp cung cấp) thành đầu AC (dạng sóng), có loạt hình dạng tần số sóng khác phức tạp chất sóng hình sin đơn giản tùy thuộc vào ứng dụng Mạch tạo dao động tạo dạng xung khác xung hình sin, xung hình chữ nhật, xung tam giác, xung cưa, … Xung hình sin lựa chọn dạng dao động Các mạch dao động hình sin thường dùng hệ thống thơng tin, máy đo, máy kiểm tra, thiết bị y tế Các phần tử tích cực dùng để tạo dao động đèn điện tử, transistor lưỡng cực, FET, KĐTT, diode tunel, diode gunn - Đèn dùng cần công suất lớn, tần số từ thấp đến cao - KĐTT tần số yêu cầu thấp trung bình - Transistor tần số yêu cầu caoTham số mạch dao động - Tần số dao động - Biên độ điện áp - Độ ổn định tần số dao động (nằm khoảng 10- ÷ 10- 6) - Cơng suất - Hiệu suất mạch • Nguyên tắc để tạo mạch điều hòa - Tạo dao động hồi tiếp dương - Tạo dao động phương pháp tổng hợp mạch Chúng em định sử dụng mạch tạo dao động hồi tiếp dương CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MẠCH TẠO DAO ĐỘNG HỒI TIẾP DƯƠNG 2.1 Điều kiện để mạch dao động Hình Sơ đồ khối mạch tạo dao động (A): Khối khuếch đại có hệ số khuếch đại : K = K.e jφ k (B): Khối hồi tiếp có hệ số truyền đạt : K ht=Kht.e jφht Ta có tín hiệu đầu vào X v qua khối khuếch đại K tạo tín hiệu X r Tín hiệu X r thơng qua khối Kht để tạo thành tín hiệu hồi tiếp X ' r Khi X v X ' r ta nối hai điểm a a' vào tín hiệu tạo thành vịng tuần hồn khép kín tạo nên dao động mạch Vậy điều kiện để mạch dao động là: X ' r=¿ X v => K * Kht = Hay là: K K ht e j (φk+ φht) = Trong : K : module hệ số khuếch đại Kht : module hệ số hồi tiếp φk : góc pha khuếch đại φht : góc pha mạch hồi tiếp φ :tổng dịch pha khuếh đại mạch hồi tiếp, biểu thị dịch pha X r X v ' Biểu thức (1) : điều kiện cân biên độ, cho biết mạch dao động hệ số khuếch đại khuếch đại bù tổn hao mạch hồi tiếp gây Biểu thức (2) : điều kiện cân pha cho thấy dao động phát sinh tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào Năng lượng để mạch dao động lấy từ nguồn cấp chiều Mạch chứa phần từ tích cực để biến lượng chiều thành xoay chiều Thông số chọn mạch dùng để mô phỏng: Tần số mạch dao động f = 2.6Ghz Chọn mạch cộng hưởng LC song song điểm mạch hoạt động tần số cao Điều kiện để mạch dao động: LC điểm C1 ,C2 , L3 : φfb=0 ° Mạch khuếch đại có φ=0 ° 2.2 Đặc điểm mạch dao động Đặc điểm mạch dao động : Mạch dao động mạch khuếch đại, mạch khuếch đại tự điều khiển hồi tiếp dương từ đầu đầu vào Năng lượng tự dao động lấy từ nguồn cung cấp chiều Mạch phải thỏa mãn điều kiện cân biên độ pha Mạch phải chứa phần tử tích cực làm nhiệm vụ biến đổi lượng chiều thành xoay chiều Mạch phải chứa phần tử phi tuyến hay khâu điều chỉnh để đảm bảo cho biên độ dao động không đổi trạng thái xác lập CHƯƠNG : CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG 3.1 Giới thiệu chung phần mềm ADS Advanced Design System (ADSTM): Advanced Design System công ty hàng đầu ngành thiết kế miền tần số cao, hỗ trợ hệ thống điện tử kỹ sư thiết kế RF phát triển tất loại thiết kế RF, từ đơn giản đến phức tạp nhất, từ mơ-đun RF vi sóng để tích hợp MMIC cho ứng dụng liên lạc hàng khơng vũ trụ Hình 2: Phần mềm ADS 3.2 Các bước mơ Phần nhóm chúng em cho thấy rõ bước để mô mạch tạo dao động tần số 2.6 Ghz cho 5G sub band phần mềm ADS  Bước : Tạo workspace : Vào File → New → Workspace Đặt tên cho workspace Mach_tao_dao_dong , chọn mục lưu trữ cho dễ tìm click Create Workspace  Bước : Tạo Schematic : Từ hình chính, chọn File → New → Schematic Đặt tên cho ô Cell Schematic click Create Schematic  Bước : Vẽ mạch tạo dao động : Trong hình Schematic, Nhìn sang bên trái lấy linh kiện cần thiết cho mạch : R , L , C , J-FET, Nguồn , DC_Feed , Transient Hamornic balance Sau đấy, Chúng ta ta vẽ mạch hình :  Bước : Vẽ mạch mô : Từ mạch vẽ, chọn Stimulate công cụ, click vào Stimulate để chạy mô mạch Sau chạy mô phỏng, hộp thoại xuất Sau click vào Rectangular plot để xuất , Add TRAN.Vout click vào OK : 10 Sau đấy, đồ thị mô tạo dao động : 11 CHƯƠNG MẠCH MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ Hình Mô mạch phần mềm ADS 12 4.1 Các thơng số mạch Hình Mạch hồi tiếp LC điểm Tính thơng số LC:  Y 1+Y 2+Y 3=0 ⇒− ⇒ ω0= √ ∗( L3 + )=2 πf C1 C2 Mạch dao động điều hòa với f = 2.6GHz = 2.6∗109 Hz Ch ọn C1=10 pF ,C2=30 pF ⇒ L3= 10∗10 −12 → kfb= 13 Hình Mạch khuếch đại JFET Common Gate Tính thơng số tầng khuếch đại: Do tần số cộng hưởng f 0=2.6 GHz nên cần sử dụng JFET cho tầng khuếch đại Điều kiện dao động điều hòa:  φfb∗φ=0 °⇒ φ=0 °  k k fb ∗ = ⇒ k = = gm*R1 => Khuếch đại GC thỏa mãn điều kiện ta chọn R2 = 100 Ohm với gm = 1/25.R1 ảnh hưởng đến trở kháng mạch khuếch đại Zout = R2//(1/gm) R1 chọn 300 ohms để đảm bảo đủ lớn so với 1/gm 14 4.2 Kết Quả Mô Phỏng 4.2.1 Khoảng thời gian lúc đầu dao động Hình : Kết mơ thời gian từ 0-10 nsec với step 0.01nsec 15 4.2.2 Khoảng thời gian lúc sau dao động ổn định Hình Kết mô thời gian từ 10–20 nsec với step 0.01 nsec 16 4.2.3 Chu kì tín hiệu Hình : Chu kì tín hiệu 0.39 ns  Nhận xét : Lúc đầu, từ – ns mạch dao động chưa ổn định, sau từ ns trở đi, mạch dao động điều hòa, ổn định với chu kì 0.39 ns , với lí thuyết tần số 2.6 Ghz đặt 17 KẾT LUẬN Qua mơ phỏng, nhóm nhận thấy tần số mạch nhận giống tính tốn lý thuyết, đồ thị Vout có dạng hình sin Cũng qua tập lớn lần mà nhóm tìm hiểu thêm ứng dụng kiến thức lớp biết thêm cách sử dụng công cụ mô Tuy nhiên chưa tiếp xúc nhiều với phần mềm ADS nên q trình mơ cịn gặp nhiều khó khăn nhiều tham số nhiều lúc sử dụng không linh kiện cần mô Xin cảm ơn thầy Nguyễn Anh Quang giúp đỡ chúng em hiểu rõ kiến thức môn Điện tử tương tự II, chúc thầy nhiều sức khỏe tiếp tục công tác thật tốt! 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Microwave Engineering David.M.Pozar 4ed_Wiley_2012 Dr Nguyen Anh Quang, Slides Electronic Curcuit II Behzad Razavi - RF Microelectronics (2011, Prentice Hall) 19 ... II "Mô mạch tạo dao động tần số 2. 6Ghz cho 5G sub band phần mềm ADS" Báo cáo nhằm tổng hợp kiến thức sinh viên thu trình làm tập lớn đồng thời thể khả khả ứng dụng kiến thức học môn Điện Tử Tương. .. hàng khơng vũ trụ Hình 2: Phần mềm ADS 3 .2 Các bước mô Phần nhóm chúng em cho thấy rõ bước để mô mạch tạo dao động tần số 2. 6 Ghz cho 5G sub band phần mềm ADS  Bước : Tạo workspace : Vào File... công suất lớn, tần số từ thấp đến cao - KĐTT tần số yêu cầu thấp trung bình - Transistor tần số yêu cầu caoTham số mạch dao động - Tần số dao động - Biên độ điện áp - Độ ổn định tần số dao động (nằm