Evolution des performances du transistor en fonction de la puissance d’entrée.168

une fonction non-linaire, et cette non-linéarité est plus prononcée pour des amplitudes élevées de VDS qui maximisent la puissance et le rendement.

Dans le paragraphe suivant nous présentons l’évolution des performances du transistor en fonction de la puissance d’entrée pour les différentes impédances optimales.

Figure IV- 14 : ACPR=f(PE) pour Figure IV- 15 : C/I3 =f(PE) pour différentes impédances de charges HF différentes impédances de charges HF

Figure IV- 16 : C/I5 =f(PE) pour différentes impédances de charges HF

Les figures IV-10 et IV-11, montrent comment la charge optimale pour l’ACPR retarde la saturation et donc la non-linéarité du transistor (figure IV-10) et augmente la puissance d’entrée à 1 dB de compression d’environ 2 dB (figure IV-11). En contre partie, la charge qui maximise la puissance de sortie améliore le gain de 3 dB dans la zone linéaire et de 2dB dans la zone de compression à 10 dBm en entrée par rapport aux performances obtenues pour les charges qui maximisent la linéarité. Cette augmentation de puissance associée à une diminution de la puissance dissipée contribuent à augmenter significativement le rendement de la zone linéaire (+10 points) à la zone de compression (+20 points à 10 dBm) (figure IV- 12 et IV-13)) Les figures IV-14, IV-15 et IV-16, montrent comment les impédances optimales pour la puissance de sortie et le rendement dégradent considérablement l’ACPR et les produits d’intermodulation d’ordre 3 et 5, et ce à partir du début de la compression (puissance d’entrée de l’ordre de 5 dBm). En dessous de cette valeur de puissance d’entrée, le

transistor assure un grand gain en présence d’un régime linéaire donc une linéarité maximale comme le montre les deux figures d’ACPR et de C/I3 (qui se dégradent plus rapidement parce que la compression du gain se trouve à des niveaux de puissance d’entrée plus faibles). On remarquera de nouveau la forte corrélation entre l’ACPR et le rapport C/I d’ordre 3.

Nous venons d’étudier le comportement du transistor en fonction des impédances de charge présentées à son accès à la fréquence fondamentale. Dans la suite, on se propose de montrer les effets des impédances basse fréquence sur les performances du transistor pour la même classe de fonctionnement.

4.2.3 Influence des impédances de charge basse fréquence en sortie sur les performances du transistor :

Nous allons nous intéresser maintenant aux impédances de charge BF (notées ZLBF) sur les performances du transistor lorsqu’il est chargé sur 50Ω à la fréquence fondamentale.

Nous avons donc synthétisé les impédances, représentées sur la figure IV-17, pour une fréquence de 1MHz. Et nous avons mesuré l’évolution des performances du transistor en fonction de la puissance d’entrée pour chacune de ces impédances de charge ZLBF.

Zone des ZLBF

favorables pour l’ACPR

ZLBF favorables pour la dissymétrie

Zone des ZLBF

défavorables pour l’ACPR

Figure IV- 17 : Impédances de charge BF présentées à l’accès du transistor.

Figure IV- 18 : PS=f(PE) pour Figure IV- 19 : Gain=f(PE) pour différentes impédances de charges BF différentes impédances de charges BF

Figure IV- 20 : RPA=f(PE) pour Figure IV- 21 : PDISS =f(PE) pour différentes impédances de charges BF différentes impédances de chargesBF

Figure IV- 22 : ACPR=f(PE) pour Figure IV- 23 : C/I3 =f(PE) pour différentes impédances de chargesBF différentes impédances de chargesBF

Figure IV- 24 : C/I5 =f(PE) pour différentes impédances de charges BF

On remarque que la puissance de sortie (figure IV-18) et le rendement (figure IV-19) varient faiblement en fonction des impédances de charge BF même dans la zone de compression (de 0.5dB et de 4 points respectivement). Par contre, ces impédances ont une influence non négligeable sur la linéarité dès que le la compression apparaît. Pour une puissance d’entrée de 8dBm, nous avons 10dB de variation sur C/I3, 15 dB de variation sur C/I5 et 9 dB de variation sur l’ACPR (figures IV-22 à IV-24). Notons que ces différences apparaissent dès le début de la compression mais pas dans la zone linéaire d’amplification.

Pour mieux visualiser la variation de l’ACPR, nous avons tracé cette courbe en fonction de la puissance d’entrée (figure IV-25) en prenant comme référence le pire cas (donc situé à 0 dB).

On constate que l’impédance de charge BF qui donne une amélioration appréciable de l’ACPR n’est pas exactement un court-circuit et vaut ZLBF(ACPROPT)=(3+j24)Ω (voir ‘◊’ sur les figures IV-25 et IV-22). D’un autre côté, les cas défavorables correspondent bien à des impédances proches du circuit-ouvert. Ce résultat est logique car la modulation lente du point de polarisation de drain est minimum dans le cas d’un court-circuit et maximum dans le cas d’un circuit-ouvert pour lequel un maximum d’excursion de tension de polarisation apparaît aux basses fréquences [3]. Généralement, les articles font toujours état d’une impédance optimale égale à un court-circuit [3], [4], [5]. Nos mesures sont en accord avec les résultats obtenus par J. Sevic [6] qui trouve des impédances basse fréquence complexes. Les écarts peuvent être dus à des compensations de non-linéarités induites par des effets thermiques ou de pièges.

D’un autre côté, cette impédance complexe offre une bonne symétrie entre l’ACPR de gauche et celui de droite, comme le montre la figure IV-26 (voir courbe ‘◊’), et maximise la puissance de sortie et le rendement en puissance ajoutée. Toutefois, l’impédance optimale qui

minimise la linéarité n’est pas l’impédance qui minimise forcement la dissymétrie du fait des différentes contributions dans les non-linéarités. On remarquera d’ailleurs que les impédances qui minimisent la dissymétrie sont variables avec le niveau de puissance. Cette dissymétrie est en partie due aux impédances BF et peut-être gênante dans le cas d’une procédure de linéarisation. Par contre, une certaine assymétrie peut être souhaitable pour minimiser l’ACPR proche du niveau de puissance maximal optimisant ainsi le compromis gain-linéarité.

Figure IV- 25 : Amélioration de l’ACPR en fonction de la puissance d’entrée

Figure IV- 26 : Dissymétrie de l’ACPR en fonction de la puissance d’entrée pour différentes impédances de charge BF

En conclusion, nous pouvons dire que l’effet des impédances de charge basse fréquence sur les performances du transistor surtout en terme de linéarité est significatif malgré une classe de fonctionnement linéaire. Les performances électriques en terme de linéarité, puissance de sortie et rendement peuvent être améliorées par un choix judicieux de cette impédance.

Par contre, nous n’avons pas pu mettre en évidence une influence quelconque des impédances de source basse fréquence sur la puissance de sortie, le rendement ou la linéarité.

Ces résultats sont en conformité avec ceux obtenus par N. Le Gallou sur un transistor HFET à 4 GHz polarisé en classe AB profonde [3]. Une analyse de l’influence des impédances de source BF sera proposée pour un fonctionnement en classe B du transistor.