RF parametric amplifiers

Abstract

Recentemente tem-se feito um esforço no sentido de aumentar a eficiência em aplicadores de RF, no entanto, o transístor é um dispositivo intrinsecamente ineficiente. Utilizando amplificadores paramétricos pode-se teoricamente chegar a 100% de eficiência mesmo operando em modo linear. A razão desta elevada eficiência é o dispositivo activo utilizado, já que os amplificadores paramétricos utilizam uma reactância controlada, que não consome potência. Esta mudança de elemento activo modifica completamente o princípio de funcionamento dos amplificadores. Neste trabalho este tipo de amplificação é estudado, relações e transformações conhecidas são examinadas primeiro para obter propriedades limite gerais. Depois é feita análise de pequeno sinal para se obterem outras características importantes. Finalmente, um novo modelo de grande sinal é derivado e apresentado. Este modelo é capaz de prever algumas características do amplificador, tal como o AM/AM. Utilizando o modelo de grande sinal apresentado projecta-se um amplificador, sendo este posteriormente simulado.

In recent years a significant effort has been made towards efficiency increase in RF amplifiers. The transistor is, however, an intrinsically inefficient device. Parametric amplification can theoretically be 100% efficient even operating in linear mode. The reason behind this efficiency is the active device. These amplifiers forget the transistor to use a controlled reactance, which cannot consume power. This switch in active element changes the whole principle of operation of the amplifiers. In this work this type of amplification is studied. Known relations and transformations are first examined to obtain general limit properties of the used elements. Then small-signal analysis is performed to obtain other important characteristics. Finally, a novel large signal model is developed and presented. This model is capable of accurately predicting the non-linear responses of the amplifier, such as the AM/AM. Using the presented large-signal model, an amplifier is designed and simulated.