Ayuda para comprender la impedancia de entrada de SPICE: ¿por qué parece más baja de lo que esperaba?

Estoy intentando modelar un amplificador de emisor común muy simple para 144Mhz (banda HAM de 2 metros). Encontré un modelo LTSpice para un buen transistor de RF (MPSH10, 650 mhz Ft) ya que los transistores de gelatina como el 2N4401 realmente no pueden dar mucha ganancia a esta frecuencia. Pensé que con este modelo debería tener más éxito en simular un circuito a frecuencias más altas.

Quería simular y verificar la impedancia de entrada, y tratar de configurar las cosas para que la entrada coincida sin ninguna red coincidente (modificando la resistencia del emisor y la corriente). Aquí es donde tengo problemas para entender algo.

Para medir la impedancia de entrada, utilicé la fuente de corriente LTSpice establecida en un valor de CA de 1, por lo que solo puedo ver el nivel directamente como ohmios. Luego realicé un análisis de CA de 120Mhz a 150Mhz

Mi problema es incluso con el transistor MPSH10, por alguna razón este circuito me da una impedancia de entrada de solo 13 ohmios. ¿Por qué?

ingrese la descripción de la imagen aquí

La corriente de mi emisor es de alrededor de 10ma. El voltaje de mi colector es de aproximadamente 7 voltios.

Estoy confundido. Debido a que mi resistencia de emisor está en derivación con un condensador, solo debería tener en cuenta un poco de resistencia del emisor: la forma "convencional" en la que he visto la impedancia calculada a mano para un circuito de emisor común es tomar el emisor del transistor poco ( re) y hacer: 25(mv)/Ie para obtener poco re, eso me daría 2.5, luego multiplicar por beta para obtener la impedancia base (y luego, por supuesto, poner eso en paralelo con la red de polarización de la resistencia base). Según LTSpice, si mi impedancia de entrada es solo de 13 ohmios, eso significa que mi beta solo sería de alrededor de 7 u 8. Eso no tiene ningún sentido dado que se trata de un transistor de RF, la beta debería ser al menos alrededor de 50, si no más alto, en esta frecuencia, creo.

¿Pueden ayudarme a entender lo que podría estar haciendo incorrectamente?

Este es el modelo para ese transistor, tiene una capacitancia de base-colector y base-emisor extremadamente baja:ingrese la descripción de la imagen aquí

Quiero entender cómo encontrar la impedancia de entrada, y que tenga sentido para mí en cuanto a cómo se calcula "normalmente" en los circuitos de emisores comunes.

Me doy cuenta de que un circuito real también tendrá parásitos y estoy simplificando mucho las cosas aquí.

cual nodo n005es (Sería mejor etiquetar los nodos que va a sondear, para que sepamos qué nodo está mostrando en su gráfico)
disculpas, todavía no sé cómo hacer algunas cosas correctamente en LTSpice. El nodo que se muestra como (n005) está probando la señal de entrada justo antes del capacitor de entrada, para leer el valor de impedancia de entrada
Según mi simulación en LTspice, la impedancia de entrada de su circuito @144MHz es 90-j14, y esto es aproximadamente en todo el rango de 120MHz a 150MHz
De alguna manera obtuve 13 y tú obtuviste 90, no estoy seguro de lo que estoy haciendo mal

Respuestas (2)

1 nF a 130 MHz es una reactancia de aproximadamente 1,2 ohmios. Pero como se ve en su entrada, eso se multiplica por el transistor beta, por lo que contribuye en algún lugar entre los 10 y los 100 de ohmios.

Si desea poder ignorar la red del emisor al encontrar la impedancia de entrada, necesitará un valor superior a 1 nF allí.

Además, escribiste,

Dado que se trata de un transistor de RF, la versión beta debería ser al menos de alrededor de 50,

No según la hoja de datos (On Semi) para MPSH10:

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Dada esta especificación, solo debe esperar una ganancia de quizás 3-4 a 130 MHz, que no está muy lejos de lo que vio en su simulación.

Bueno, el problema principal es que la impedancia de entrada es más baja de lo que esperaría, si se calcula manualmente usando beta. Si el 1nF es más alto en ohmios, está bien, solo haría que la impedancia de entrada fuera más alta, pero en este momento la impedancia es mucho más baja de lo que esperaría. Acabo de darme cuenta de que tal vez estoy ejecutando una corriente demasiado alta para la simulación, me está costando encontrar la corriente máxima para este transistor, muchas hojas de datos no lo dicen. Así que traté de bajar la corriente a 2 ma, pero la impedancia de entrada sigue siendo mucho más baja de lo que hubiera pensado que debería ser.
oh wow, supongo que probablemente sea correcto, después de todo, obtendré una ganancia bastante baja, incluso con un pie de 650 MHz. Creo que puedo vivir incluso con una ganancia de 3, pero solo quería entender por qué la impedancia no lo hace. coincidir" con lo predicho. Oh, ya veo, estás diciendo que la ganancia solo será de 3 o 4, razón por la cual mi impedancia de entrada sería tan baja. Bien, eso tendría sentido. Me sorprende que sea tan bajo, cara de tristeza..
Esto es lo que estaba haciendo para adivinar la ganancia: suponiendo que beta era de alrededor de 250. tome la frecuencia de operación y divídala de Ft. Así que eso sería alrededor de 4,5. Entonces toma beta y divide por 4.5 - eso me daría alrededor de 50 beta
@niko20, creo que lo que debes hacer es tomar el mínimo de 250 (la beta de baja frecuencia) y F T / F o pag .
Regresé y vi un par de videos en los que alguien diseña un preamplificador de RF e hicieron exactamente eso, solo hicieron Ft/Fop para estimar la beta. Suena como la regla general. Eso también coincidiría con lo que estoy viendo en la simulación.

Bienvenido al diseño RF.

Tu problema es que estás tratando F T como un corte duro, y no está pensando en todas las capacitancias entre electrodos en un transistor.

Primero, dada una ganancia de corriente de baja frecuencia de h F mi , la ganancia de corriente real no será mayor que la menor de h F mi y F T / F o , dónde F o es su frecuencia de operación. Por lo tanto, se espera una impedancia de base realmente baja.

En general, debe usar impedancias más bajas en todas partes y esperar una ganancia más baja. Probablemente también debería buscar libros sobre diseño de circuitos de RF y, si no es un EE, comenzar a completar la información que necesita. "Métodos experimentales en el diseño de circuitos de RF" de Wes Hayward es probablemente un buen comienzo. Él también tiene un libro de texto universitario sobre diseño de circuitos de RF, que tengo y es excelente (pero, soy un EE, por lo que no necesito relleno).

Tenga en cuenta que a 144 MHz, las redes coincidentes no ocuparán mucho espacio. También tenga en cuenta que el MPSH10, aunque era un buen transistor, era nuevo a principios de la década de 1980; las cosas han cambiado desde entonces.

Si no lo tiene, obtenga una copia del Manual de la ARRL. Es posible que desee una copia de "The Arrl Uhf/Microwave Experimenter's Manual", pero no recuerdo si entra en los circuitos o se detiene en la interconexión y las antenas (que no son temas triviales en VHF, UHF y microondas, por cierto) .

¡Definitivamente planeo obtener el libro de métodos experimentales! Vi en algunos videos de YouTube donde las personas simplemente tomaron el Ft y lo dividieron como dijiste, para obtener valor de ganancia, suena como la regla general.
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