Méthodes de conception et de réalisation de blocs fonctionnels

Facteur de Bruit

Le rôle primordial d’un amplificateur faible bruit est d’améliorer le bilan du système au niveau rapport signal à bruit.  Dans un quadripôle actif (un transistor à effet de champ ou un transistor bipolaire), les sources de bruit internes produiront la puissance de bruit à la sortie.  Cette puissance s’ajoutera au bruit provenant de sources extérieures (bruit d’antenne, bruit d’impédance du générateur) et amplifié par le quadripôle. La mesure du facteur de bruit est d’importance fondamentale dans la caractérisation de bruit.  La plupart des méthodes de mesure sont basées sur la mesure de puissance de bruit de sortie en utilisant un détecteur de puissance à une largeur de bande de bruit connue et une source de bruit de sortie aussi connue. Afin de séparer le bruit ajouté du gain du quadripôle, deux mesures à des niveaux d’entrée différents sont nécessaires.  Ainsi, les techniques modernes des instruments de mesure sont conçues de manière à pouvoir commuter la source de bruit entre deux états différents.  La figure ci-dessous illustre ce principe où la source est commutée entre deux niveaux de bruit correspondant aux températures  et  respectivement. Afin de pouvoir séparer les sources extérieures et intérieures, on défini le bruit généré par le transistor en termes de source de bruit équivalente placée à l’entrée du dispositif et associée à un quadripôle sans bruit ayant le même gain (le gain disponible),

Amplificateur Large Bande

Le processus de conception des amplificateurs peut être représenté schématiquement comme suit: Ce processus contient essentiellement trois étapes critiques qui sont d’une importance primordiale pour les paramètres et le coût: La sélection du transistor, Le choix du principe ‘adaptation et de la topologie du circuit, Le choix de la technologies de fabrication. Malheureusement, ces étapes ne sont pas indépendantes, et il n’existe pas de solution unique pour un problème donné.  Le concepteur doit faire appel à l’analyse par ordinateur et ceci de façon interactive et itérative, afin de trouver le meilleur compromis. La conception d’un amplificateur  hyperfréquence, et surtout d’un amplificateur large bande, est un processus complexe qui fait appel non seulement aux méthodes de synthèse des circuits d’adaptation d’impédance et aux techniques de fabrication des circuits hyperfréquences, mais également aux connaissances de la physique des composants. Le gain d’un transistor diminue typiquement à un taux de 6dB par octave, et son bruit croît avec la fréquence.Afin d’obtenir un étage d’amplificateur à gain plat et à faible bruit, et également assurer de faibles valeurs pour les coefficients de réflexion à l’entrée et à la sortie, le transistor doit être inséré entre les impédances de source et de charge adéquates.  Ces terminaisons sont réalisées à l’aide de circuits ‘adaptation appelés aussi égalisateurs ou compensateurs.  Le problème de synthèse des égalisateurs est un problème complexe qui implique les problèmes d’adaptation large bande, de transformation d’impédance, de compensation de la chute du gain du transistor en fonction de la fréquence, et de stabilité. Le concepteur a à sa disposition plusieurs principes d’adaptation: L’adaptation réactive, La contre-réaction, L’adaptation résistive, L’adaptation par circuits actifs, L’amplification distribuée. Les configurations des amplificateurs utilisant ces principes sont illustrées ci-dessous et leurs paramètres résumés au Tableau 5-1.Souvent, les exigences pour le gain plat, le facteur de bruit et le taus d’onde stationnaire aux accès ne peuvent être satisfaites simultanément, et le concepteur doit accepter un compromis entre différentes caractéristiques.  Dans ce but, il peut soit choisir un seul principe d’adaptation parmi ceux mentionnés, soit les appliquer selon certaines combinaisons, comme par exemple la contre-réaction résistive parallèle combinée avec l’adaptation réactive. Afin d’obtenir le gain demandé, le concepteur doit souvent utiliser plusieurs transistors.  Ces transistors peuvent être combinés en amplificateurs multiplicatifs ou additifs (distribués).  Les amplificateurs multiplicatifs sont réalisés par la mise des transistors en cascade à l’aide des circuits d’adaptation intermédiaires (inter-stage) ou encore sous forme de modules d’amplificateur adaptés.  Ces derniers, grâce à leur faible taux d’onde stationnaire aux accès, peuvent être placés en cascade sans dégradation appréciable des caractéristiques.  Les modules peuvent avoir une configuration non-équilibrée (single-ended) ou équilibrée (balanced).