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Design and implementacion of class E amplifiers using non linear models for power transistors
Diseño e implementación de amplificadores clase E utilizando los modelos no-lineales de transistores de potencia
HUGO ASCENCIO RAMIREZ
J. APOLINAR REYNOSO HERNANDEZ
Acceso Abierto
Atribución
Amplificador óptico
En la búsqueda de alta eficiencia en los amplificadores de RF y microondas se ha encontrado que los amplificadores conmutados clase E son una opción muy prometedora ya que la eficiencia demostrada en bajas frecuencias alcanza niveles mayores al 95%, de aquí el interés para aplicarlo en altas frecuencias. Actualmente existen métodos de diseño que modelan el transistor del amplificador clase E como un interruptor ideal. Esto provoca que existan diferencias importantes entre la simulación y los resultados experimentales. El objetivo principal de esta tesis es presentar el diseño e instrumentación de amplificadores clase E en 800 MHz aplicando las teorías desarrolladas por J.R. Loo Yau en el grupo de microondas del CICESE y las técnicas de modelado no lineal de transistores para aminorar dichas discrepancias entre las simulaciones y los resultados medidos. En este trabajo de tesis se diseñaron, simularon e implementaron dos amplificadores clase E en 800 MHz. Uno de ellos nos permitió verificar la teoría de J.R. Loo Yau y en el otro se aplicaron las teorías de Mader con fines de comparación. Los resultados indican que utilizando la teoría de J.R. Loo (que considera los elementos parásitos del transistor en el diseño del amplificador) es posible obtener una mejor aproximación a la red de carga óptima para obtener alta eficiencia. Por otro lado, gracias a que se utiliza el modelado no lineal del transistor es posible predecir con mayor exactitud el comportamiento del amplificador. Además, es posible conocer desde el momento de la simulación los valores de la ganancia, la potencia de entrada requerida para conmutar el transistor y la eficiencia de potencia agregada (PAE), lo cual es imposible cuando se modela el transistor como un interruptor ideal. Entonces, una parte crucial en el desarrollo de amplificadores clase E es la caracterización y el modelado del transistor. En este trabajo se presenta un método para el diseño de las bases de prueba para transistores empaquetados de mediana potencia, resaltando la forma de realizar un diseño térmico adecuado.
In the quest of efficiency in RF/microwave amplifiers has been found that switched class E amplifiers are a promising option because of their high efficiency in low frequency rage (100% in theory). Therefore, the class E amplifiers is being studied for high frequency applications. Nowadays, there are some design methodologies that use an ideal switch to model the transistor in a class E amplifier. However, the accuracy and usefulness to predict the performance of the amplifiers, using a switch as a transistor, is very poor. The objective of this work is to present the design and implementation of class E amplifiers at 800 MHz using the theories developed by J. R. Loo Yau, in the microwave group at CICESE, and the non linear modeling techniques for power transistors. In this work, two class E amplifiers at 800 MHz were designed, simulated and implemented. One of these amplifiers was used to verify the theory developed by J. R. Loo Yau and the other one was designed applying the theory of Mader for comparison purposes. The results indicate that when using Loo´s theory (which considers the parasitic elements of the output port in the transistor) is possible to obtain a better approximation of the optimum value of the load network to reach high efficiency. In the other hand, the non linear model of the transistor is capable to predict the value of the gain, the input power needed to switch the transistor, and the power added efficiency (PAE), which is impossible when the transistor is modeled like an ideal switch. A crucial part in the development process of class E power amplifiers is the characterization and modeling of the transistor. In this work, a methodology to design test fixtures for packaged medium power transistors is presented as well as the thermal design involved in this process.
CICESE
2006
Tesis de maestría
Español
Ascencio Ramírez,H.2006. Diseño e implementación de amplificadores clase E utilizando los modelos no-lineales de transistores de potencia. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 153 pp.
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
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