Amplificadores de RF

Transcripción

1 GR Capítulo 7 Amplificadores de RF Parámetros de un amplificador Respuesta lineal Función de transferencia. Banda de trabajo Ganancia Tiempo de retardo Impedancias de entrada y salida Impedancias nominales de carga Pérdidas de retorno y relación de onda estacionaria Estabilidad Ruido v G Respuesta no lineal Punto de 1 db de compresión. Punto de cruce de intermodulación de 3º orden. Punto de cruce de intermodulación de º orden. Nivel de armónicos. Z 0 Entrada Z ENT Z SAL Salida Z 0 Amplificadores 1

2 Especificaciones de un amplificador 3 Tipos de amplificadores de RF Amplificadores sintonizados Amplificadores de bajo ruido Baja intermodulación Amplificadores de banda estrecha (filtros) Amplificadores de banda ancha Realimentados Distribuidos Amplificadores de potencia Suelen ser sintonizados Lineales No lineales 4 Amplificadores

3 Amplificadores sintonizados V DC C b L C b V in R ce C ce C L C L R L V 0 Z L V V 0 in C Etapa amplificadora de sintonía simple Función de transferencia Circuito equivalente V0 gm gm g = = Vi g + jωcr + 1 jωl ω ω 0 1+ jq ω0 ω C Q = ω 0 g C = C + C + C T ce L = g r R ce R L 1 ω 0 = LC r 5 Redes de adaptación de impedancias v G Z g Red de adaptación Z ENT Z SAL Z ENT * Z SAL * Red de adaptación Z C Las redes de adaptación deben presentar la impedancia conjugada. Adaptación en parte real (máxima transferencia de potencia) Adaptación en parte imaginaria (sintonía) Redes de adaptación sin pérdidas. Formadas por elementos no disipativos. L,C, transformadores, líneas de transmisión. Banda limitada. 6 Amplificadores 3

4 Adaptación de impedancias Adaptación de R1=50 a R=1000 L R 1 <R C R 1 C R R 1 L R Red de adaptación LC Q = 1 R Q R1 1-1 = 4.36 L1 = = 34.7µ H R1 ωo 1+ Q1 L1 = L1 = 36.5µ H Q 1 R R C = R Q = 1 ωo T ωo C =.18 R1 + R 1 C = = 693pF L1 ωo B -3dB f o = = 460KHz Q T Respuesta en frecuencia 7 Circuitos de doble sintonía M R 1 C L 1 L R 1 C C k R 1 C L 1 L R 1 C Circuitos de doble sintonía k = M LL 1 M R 1 C 1 C R R 1 k = Ck C C 1 C 1 L 1 L C R L 1 L L k k = M LL 1 k = Lk LL 1 Respuesta de un circuito de doble sintonía 8 Amplificadores 4

5 Amplificadores multietapa g (f) = g (f).g (f)...g (f) = Amplificadores p 01 1 p1 gp1(f ) gp(f ) gpn (f ) = x 1+ x 1+ x x = Q i i f f p donde 0 0i f f 0i pn 0n N sintonizados en cascada Variables de diseño: Ganancia de los amplificadores. Frecuencia de sintonía (f i ) Factor de calidad (Q i ) g p1 g p g pn 9 Amplificadores multietapa Amplificadores de sintonía fija. (f 0i =f 0, Q i =Q) g (f) = g p p1 (f 0 ).g p (f 0 )...g pn gp (f0) = gp1(f0).gp(f0)...gpn (f0) 1 (f0) 1+ x n B 3dB f0 = Q 1 n 1 g 1 g g N 10 Amplificadores 5

6 Amplificadores de sintonía escalonada Sintonía escalonada Cada etapa tiene: Su frecuencia de sintonía (f i ) Su factor de calidad (Q i ) Se ajustan para Máximo ancho de banda Rizado controlado en la banda. Respuesta de un amplificador de sintonía escalonada 11 Amplificadores de banda ancha Realimentados Permiten obtener una ganancia constante en bandas grandes (una octava) Permiten adaptación de impedancias en banda ancha La realimentación puede ser disipativa Red de adaptación Red de adaptación Red de adaptación Red de adaptación 1 Amplificadores 6

7 Amplificadores distribuidos Se comportan como una línea de transmisión activa Consiguen bandas de trabajo muy grandes (más de una década) Tienen poca ganancia Entrada R 0 R 0 Salida 13 Amplificadores de potencia Objetivo Máxima generación de potencia con las limitaciones del dispositivo. Especificaciones Parámetros adicionales Potencia máxima a la salida Potencia máxima disipada Rendimiento Linealidad v G Tipos de amplificadores Clase A. Clase B y AB. Clase C. Clase D. Clase E Z 0 Entrada Z ENT Z SAL Salida Z 0 14 Amplificadores 7

8 Amplificador clase A no sintonizado L c i c i 1 C b C b v in R L v out v c v 1 L c V bb 0 π π Esquema Funciones de tensión y corriente 15 Amplificador clase A. Recta de carga i c i 1 Recta de carga i 1 v sat v 1 v 1 v ce 16 Amplificadores 8

9 Amplificador clase A. Rendimiento P DC P dis (w) P out (w) P dis η P DC η 50% P out P in (w) 17 Amplificadores clase B Esquema L c C b C b i c i m v in L C R L v out L c V bb V bb =0 Transistor al corte en el borde de la zona de conducción Ciclo de conducción: medio periodo (180º) v ce v 1 0 π π Funciones de tensión y corriente 18 Amplificadores 9

10 Amplificador de clase B: Formas de onda i I c m π π θ = ω 0 t V 1 v c π π 0 π π θ = ω 0 t 19 Amplificador clase B. Recta de carga i c Recta de carga i m v sat v 1 v 1 v ce 0 Amplificadores 10

11 Amplificador clase B. Rendimiento P dis (w) P out (w) η P out η 78% P dis Rendimiento y potencia de salida P in (w) 1 Amplificadores clase B en contrafase Amplificadores 11

12 Amplificador clase C L c Esquema i c i m C b C b v in L c L C R L v out θ 0 v ce V bb V bb <0 La tensión de base hace que el punto de reposo esté fuertemente al corte v V 1 cc 0 π π θ= ωt Funciones de tensión y corriente 3 Amplificador de clase C: Formas de onda V v b 0 V bb θ = ω 0 t I m i c θ 0 θ 0 θ = ω 0 t V 1 v c π π 0 π π θ = ω 0 t 4 Amplificadores 1

13 I-V en amplificadores clase C i c i m Recta de carga v 1 (1-cos(θ)) v 1 v ce 5 Clase C: Ganancia V 100% GV g R m L 80% 60% 40% Clase C Clase B Clase AB Clase A 0% 0% 0º 0º 40º 60º 80º 100º 10º 140º 160º 180º θ 0 6 Amplificadores 13

14 Clase C: Rendimiento Clase C 100% Clase B 90% η Clase AB 80% Clase A 70% 60% θ 0 50% 0º 0º 40º 60º 80º 100º 10º 140º 160º 180º 7 Amplificador clase C. Rendimiento P dis (w) P out (w) η P out η 90% P dis Rendimiento y potencia de salida P in (w) 8 Amplificadores 14

15 Amplificador clase D. Alto rendimiento v c Vcc L C i 0 V in Z L V0 i 1 Esquema i Funciones de tensión y corriente 9 Amplificador clase E v b i 0 +i c0 L C i c i cp C p R L V in V 0 Esquema v c Funciones de tensión y corriente 30 Amplificadores 15

16 Preguntas de Test P7.1 En un amplificador sintonizado con un circuito de sintonía simple, el ancho de banda medido a 3dB viene dado por: a) El factor de calidad dividido por la frecuencia de sintonía. b) El producto del factor de calidad y la frecuencia de sintonía. c) La frecuencia de sintonía dividida por el factor de calidad. d) El inverso del producto del factor de calidad y la frecuencia de sintonía. P7. Se dice que un amplificador es incondicionalmente estable cuando: a) No oscila en sus condiciones normales de trabajo. b) No oscila aunque dejemos los terminales en circuito abierto o cortocircuito. c) No oscila con sus terminales cargados con cualquier carga reactiva pura. d) No oscila incluso si la carga tiene parte real negativa. P7.3 La relación de onda estacionaria (ROE ó VSWR) en un amplificador es una medida de a) La potencia reflejada a su entrada y salida. b) El nivel de los productos de intermodulación a la salida. c) La ganancia disponible del amplificador. d) La estabilidad del amplificador 31 Preguntas de Test P7.4 La ganancia disponible o relación entre las potencias disponibles de salida y entrada de un cuadripolo es: a) La ganancia que se mide con el amplificador entre impedancias nominales. b) La ganancia que debemos utilizar en las ecuaciones de ruido de un receptor. c) Igual a la ganancia de tensión con la salida en circuito abierto. d) La ganancia del cuadripolo cuando está a una temperatura de 90k. P7.5 Un amplificador de potencia clase A tiene la ventaja respecto de otros tipos de amplificadores de potencia: a) Tener un rendimiento muy alto y próximo a la unidad para cualquier señal. b) Tener una respuesta lineal aunque utilice dos transistores para conseguirlo. c) Tener una respuesta lineal con un nivel bajo de armónicos. d) No disipar apenas potencia en el dispositivo amplificador. P7.6 Qué rendimiento puede esperar de un amplificador clase B en contrafase para una señal de entrada que corresponde a una portadora modulada en AM al 100% por una sinusoide? a) 10% b) 50% c) 75% d) 90% 3 Amplificadores 16

17 Preguntas de Test P7.7 No se puede utilizar un amplificador clase C con señales moduladas en amplitud porque: a) Genera armónicos de la portadora y se mezclan con la señal principal. b) La ganancia depende del nivel de señal a la entrada. c) Necesita un filtrado estrecho a la salida y elimina la banda de modulación. d) El rendimiento baja mucho cuando la modulación es de AM. P7.8 El amplificador clase E de alto rendimiento consigue disipar poca potencia porque: a) El transistor trabaja sólo en saturación o en corte. b) La resistencia de carga es muy alta y la corriente muy pequeña. c) El circuito resonante serie elimina las componentes armónicas de corriente. d) La tensión en drenador-fuente del transistor es siempre nula. 33 Preguntas de Test P7.9 Un amplificador clase A tiene un rendimiento del 50% con una potencia de salida de 10w. Qué potencia disipa cuando no hay señal a su entrada? a) 0 W b) 5 W c) 10 W d) 0 W P7.10 Un amplificador clase C tiene un rendimiento del 90% y puede disipar w. Cuál es su potencia máxima de salida? a) 90 W b) 40 W c) 18 W d) 9 W 34 Amplificadores 17