1
Download Amplificadores de potencia para RF.
Transcript
Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC piezo 00 7- Amplificadores de potencia para RF Idea fundamental: Amplificar señales de RF hasta niveles suficientes para su transmisión y hacerlo con buen rendimiento energético. PCC h = PRF/PCC Rg + VCC Pe RF Amplificador de potencia de RF RL Pperd ATE-UO EC amp pot 01 PRF Concepto de “Clase” de un transistor en un amplificador (I) Rg Amplificador de potencia de RF + iC RL Q1 iC iC iC t t 0 p 2p Clase A: conducción durante 2p 0 p 2p Clase B: conducción durante p t 0 p 2p Clase C: conducción < p ATE-UO EC amp pot 02 Concepto de “Clase” de un transistor en un amplificador (II) Rg + Amplificador de potencia de RF iC + vCE Q1 RL iC • Clase D: Q1 trabaja en conmutación • Clase E: Q1 trabaja en conmutación a tensión cero vCE t Control t ATE-UO EC amp pot 03 Tipos de amplificadores de potencia de RF Rg + VCC vg Amplificador de potencia de RF + RL vs - Amplificadores lineales: la forma de onda de la tensión de salida vs es proporcional a la de entrada vg. Amplificadores no lineales: la forma de onda de la tensión de salida vs no es proporcional a la de entrada vg. Caso especialmente interesante: tensión de salida vs proporcional a VCC. ATE-UO EC amp pot 04 Amplificador “Clase A” con la carga en el circuito de polarización (I) Circuito básico iC RL Polarización VCC + Rg + vCE Q1 - ATE-UO EC amp pot 05 Amplificador “Clase A” con la carga en el circuito de polarización (II) iC RL VCC/RL iC VCC Elegimos un punto de trabajo + vCE Q1 - IB iC1 vCE t PRF = ic12·RL/2 VCC PCC = ic1·VCC h = PRF/PCC = ic1·RL/(2·VCC) t vCE1 Luego h crece con iC1. Pero el crecimiento de iC1 tiene un límite ATE-UO EC amp pot 06 Amplificador “Clase A” con la carga en el circuito de polarización (III) iC RL VCC/RL VCC iC Máximo valor de iC1 + vCE Q1 - IB iC1 = VCC/2RL vCE t VCC hmax = ic1·RL/(2·VCC) con iC1 = VCC/2RL Por tanto: hmax = 1/4 = 25% t vCE1 = VCC/2 ¡El 25% es un rendimiento máximo muy bajo! ATE-UO EC amp pot 07 Amplificador “Clase A” con polarización por fuente de corriente (I) Circuito básico IC Polarización + - + Rg + VCC vCE Q1 - RL ATE-UO EC amp pot 08 Amplificador “Clase A” con polarización por fuente de corriente (II) Realización física de la fuente de corriente + VCC IC - + iC VCC - - IC + iC iL + + RL iL + vCE Q1 - - RL vCE Q1 - La tensión en la fuente de corriente debe ser la mostrada ATE-UO EC amp pot 09 Amplificador “Clase A” con polarización por fuente de corriente (III) Elección del punto de trabajo para un valor de IC + VCC IC iC Recta de carga en continua - + VCC/RL iC IB iL + vCE RL vCE Q1 - VCC Recta de carga en alterna con pendiente 1/RL Esta es la recta de carga de alterna con mayores niveles de tensión y corriente y compatible con tensión positiva en la fuente de corriente ATE-UO EC amp pot 10 Amplificador “Clase A” con polarización por fuente de corriente (IV) VCC/RL iC + VCC IC vCE1 + - iC IB IC vCE t iL + VCC RL vCE Q1 Recta de carga en alterna Recta de carga en continua t - vCE1 PRF = Ic2·RL/2 PCC = Ic·VCC h = Ic·RL/(2·VCC) Luego h crece con IC y tiene el límite en IC = VCC/2RL. ATE-UO EC amp pot 11 Amplificador “Clase A” con polarización por fuente de corriente (V) VCC/RL iC Recta de carga en alterna + IC VCC vCE1 + - iC IB IC Recta de carga en continua t iL + vCE RL VCC vCE Q1 - t PRF = Ic2·RL/2 PCC = Ic·VCC vCE1 h = Ic·RL/(2·VCC) Con IC = VCC/2RL, hmax = 1/4 = 25%. ¡Sigue siendo muy bajo! ATE-UO EC amp pot 12 Amplificador “Clase A” con polarización por resistencia de colector (I) Circuito básico RC Polarización + iC VCC + iL Rg + - vCE Q1 - RL ATE-UO EC amp pot 13 Amplificador “Clase A” con polarización por resistencia de colector (II) VCC/RL iC RC + iC - VCC + iL vCE Q1 - RL IB iC1 Punto de trabajo Recta de carga en continua vCE vCE1 VCC Recta de carga en alterna con pendiente -(RC+RL)/(RL·RC) ¿Cómo debe elegirse RC para obtener rendimiento máximo? ¿Cuál será el rendimiento máximo? No demostrado aquí: Condición de rendimiento máximo es RC = 2·RL y hmax = 1/(6 + 4· 2) = 8,57%. ¡Aún mas bajo! ATE-UO EC amp pot 14 Resumen de los amplificador “Clase A” (hasta ahora) + iC RL VCC - iL hmax = 25% RL vCE Q1 - + - VCC + iL + vCE RC iC - + iC + Q1 VCC IC vCE Q1 hmax = 25% • Toda la componente de alterna de iC circula por la carga. • Toda la componente de alterna de iC circula por la carga. • Pero en la carga se disipa continua. • Pero en la fuente de corriente se disipa continua. - RL hmax = 8,57% • La componente de alterna de iC circula por la carga y por la resistencia de polarización. • En la resistencia de polarización se disipa continua (además de alterna). ¿Podemos conseguir que en elemento de polarización no se disipe ni alterna ni continua? ATE-UO EC amp pot 15 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (I) Circuito básico LCH Polarización + iC VCC + iRL Rg + - vCE Q1 - RL La bobina LCH debe presentar una impedancia mucho mayor que RL a la frecuencia de trabajo ATE-UO EC amp pot 16 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (II) Circuito equivalente al básico LCH LCH + iC - VCC Q1 - VCC iC + iRL vCE iRL + RL RL vCE Q1 - En ambos casos: • Toda la componente de alterna de iC circula por la carga. • En la bobina, obviamente, no se disipa potencia. ATE-UO EC amp pot 17 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (III) Otra posibilidad de realización física, pero con un grado de libertad más Lm RL’ RL iC 1:n iRL + vCE Q1 - iRL’ + VCC vCE Q1 VCC iC - RL’ = RL/n2 iRL’ = iRL·n Es como el caso anterior: • Toda la componente de alterna de iC circula por la carga (modificada por la relación de transformación del transformador). • En el transformador, obviamente, no se disipa potencia. ATE-UO EC amp pot 18 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (IV) Circuito de estudio LCH RL IB VCC iC iRL + vCE Q1 iC Recta de carga en continua - Recta de carga en alterna con pendiente -1/RL VCC vCE Punto de trabajo ¿Cómo debe elegirse el punto de trabajo para obtener el máximo rendimiento posible? ATE-UO EC amp pot 19 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (V) LCH Recta de carga en continua iC RL IB VCC iC iRL + vCE Q1 - La componente de alterna en el transistor es la misma que en la carga iC1 vCE VCC PRF = (ic1·RL)2/(2·RL) PCC = ic1·VCC VCC+iC1·RL t h = PRF/PCC = ic1·RL/(2·VCC) El máximo valor de ic1·RL es ic1·RL = VCC y por tanto hmax = 1/2 = 50%. ¡Ha mejorado, pero sigue siendo bajo! ATE-UO EC amp pot 20 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (VI) Situación con la máxima señal que se puede manejar iC LCH 2iC1 RL IB VCC iC iRL + vCE Q1 Recta de carga en continua - hmax = 50%. iC1=VCC/RL vCE t ¿Cuál es el rendimiento cuando la señal es no es la máxima posible? VCC 2VCC t ATE-UO EC amp pot 21 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (VII) Situación con señal menor que la máxima que se puede manejar LCH iC RL Recta de carga en continua 2·VCC/RL IB VCC iC DiC iRL + vCE Q1 Pend. -1/RL - vCE t VCC PRF = (DvCE)2/(2·RL) PCC = VCC2/RL h = PRF/PCC = 0,5·(DvCE/VCC)2 2VCC DvCE t ATE-UO EC amp pot 22 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (VIII) Con transistores reales (no idealizados) 2·VCC/RL Recta de carga en continua iC (VCC-vCE sat)/RL IB Pend. -1/RL vCE PRF = (VCC-vCE sat VCC )2/(2·R L) PCC = VCC·(VCC-vCE sat)/RL h = 0,5·(VCC-vCE sat)/ VCC vCE sat 2VCC VCC-vCE sat t ATE-UO EC amp pot 23 Amplificador “Clase A” con polarización por bobina de choque en el colector (IX) vce(wmt, wpt) vp Señal modulada en amplitud iC vm Recta de carga en continua 2·VCC/RL IB vce(wmt, wpt) = DvCE(wmt)·sen(wpt) DvCE(wmt) = vp[1 + m·sen(wmt)] m = vm/vp Pend. -1/RL vCE VCC h(wmt) = 0,5·[DvCE (wmt)/VCC]2 2VCC h(wmt) = 0,5·(vp/VCC)2·[1 + m·sen(wmt)]2 hmed = 0,5·(vp/VCC)2·[1 + m2/2] hmed max vp = VCC/2, m = 1 hmed max = 0,125·[1 + 1/2] = 18,75% t ¡Vuelve a ser muy bajo! ATE-UO EC amp pot 24 Amplificador “Clase B” con un único transistor (I) Circuito básico Circuito resonante a la frecuencia de la señal de RF C L Polarización VCC + - iC + + + iRL Rg vCE RL Q1 VCC - vRL - iC 180º ATE-UO EC amp pot 25 Amplificador “Clase B” con un único transistor (II) L VCC + - iC Equivalente vCE vRL - - RL iC + + iRL + iRL vCE RL Q1 iC - VCC iC 180º 180º iC 180º iC L iRL vRL + C RL - Q1 VCC vRL + L C - C Equivalente (salvo para la tensión sobre la fuente) ATE-UO EC amp pot 26 Amplificador “Clase B” con un único transistor (III) Circuitos equivalentes (I) iC iC iCpico L 180º iCca iCpico/p vRL RL iCpico(1-1/p) - + C 180º IC + C iCca IC iC L RL vRL - No genera tensión en la carga ATE-UO EC amp pot 27 Amplificador “Clase B” con un único transistor (IV) Circuitos equivalentes (II) iCca iCpico(1-1/p) 180º = iCca1 Los armónicos se cortocircuitan por el condensador iCca1 (wt) = (iCpico/2)·sen(wt) vRL(wt) = RL·iRL(wt) = -RL·iCca1(wt) vRL(wt) = -RL·(iCpico/2)·sen(wt) iCpico/2 + Armónicos iRL(wt) iCca(wt) iCca1 Arm. L iCca1 iCca1 + C RL iRL - + iCpico/2 RL ATE-UO EC amp pot 28 vRL vRL - Amplificador “Clase B” con un único transistor (V) Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y excursión del punto de trabajo Llamamos vce a la componente de alterna de vCE. Entonces: vce(wt) = vRL(wt) = -RL·(iCpico/2)·sen(wt) vce(wt) = -(RL /2)·iCpico·sen(wt) = -(RL /2)·iC Por tanto: C L DvCE = iCpico·RL/2 VCC + - iC vCE vRL Q1 iC VCC 2·VCC/RL + + iRL iC - IB Pendiente -2/RL iCpico Punto de trabajo RL Pendiente 0 t VCC 180º 180º ATE-UO EC amp pot 29 Recta de carga en continua t DvCE vCE Amplificador “Clase B” con un único transistor (VI) Cálculo del rendimiento máximo posible iC C L 2·VCC/RL VCC + - iC + iRL Q1 - IB Pendiente -2/RL VCC + vCE vRL - Recta de carga en continua iCpico RL Punto de trabajo iCpico/p Pendiente 0 t VCC 180º PRF = (DvCE)2/(2·RL) = (iCpico·RL)2/(8·RL) PCC = VCC·iCpico/p h = PRF/PCC = iCpico·RL·p/(8·VCC) t DvCE vCE DvCE = iCpico·RL/2 El máximo valor de iCpico es iCpico max = 2·VCC/RL y por tanto: hmax = p/4 = 78,5% ¡Ha mejorado notablemente! ATE-UO EC amp pot 30 Amplificador “Clase B” con un único transistor (VII) Situación con la máxima señal que se puede manejar C L VCC + - iC + iRL Q1 Recta de carga en continua IB VCC + vCE vRL - 2·VCC/RL iC - RL hmax = p/4 = 78,5% vCE t VCC 180º 2·VCC t ATE-UO EC amp pot 31 Amplificador “Clase B” con un único transistor (VIII) Cálculo de la potencia máxima disipada en el transistor, PTr iC PRF = (iCpico·RL)2/(8·RL) PCC = VCC·iCpico/p 2·VCC/RL Recta de carga en continua IB PTr = PCC - PRF PTr = VCC·iCpico/p - (iCpico·RL)2/(8·RL) PTr tiene un máximo en: iCpico PTmax = 4·VCC/(p·RL) Nótese que: iCpico PTmax < iCpico max = 2·VCC/RL PTrmax = 2·VCC2/(p2·RL) La potencia máxima de RF es: iCpico iCpico/p t VCC 180º t vCE DvCE PRF max = (iCpico max·RL)2/(8·RL) PRF max = VCC2/(2·RL) Por tanto: PTrmax = 4·PRF max/p2 = 0,405·PRF max ATE-UO EC amp pot 32 Amplificador “Clase B” con un único transistor (IX) Con transistores reales (no idealizados) 2·VCC/RL Recta de carga en continua iC IB Pendiente -2/RL 2·(VCC-vCE sat)/RL vCE t VCC 180º PRF = (VCC-vCE sat)2/(2·RL) VCC-vCE sat PCC = VCC·2·(VCC-vCE sat)/(p·RL) h = p·(VCC-vCE sat)/(4·VCC) 2VCC t vCE sat h = 0,785·(VCC-vCE sat)/VCC ATE-UO EC amp pot 33 Amplificador “Clase B” con un único transistor (X) vm vp Señal modulada en amplitud iC 2·VCC/RL DvCE(wmt) = vp[1 + m·sen(wmt)] m = vm/vp PRF = [DvCE(wm t)]2/(2·R L) Recta de carga en continua IB Pendiente -2/RL iCpico(wmt) Punto de trabajo PCC = VCC·iCpico(wmt)/p Pendiente 0 DvCE(wmt) = iCpico(wmt)·RL/2 vCE VCC PCC = VCC·2·DvCE(wmt)/(p·RL) h = PRF/PCC = p·DvCE(wmt)/(4·VCC) h = 0,785·vp[1 + m·sen(wmt)]/VCC hmed = 0,785·vp/VCC hmed max vp = VCC/2 hmed max = 39,26% t DvCE(wmt) ATE-UO EC amp pot 34 Amplificador “Clase B” con dos transistores (I) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (I) Polarización Q1 + iC1 RL’ = RL/n2 iRL vCE1 Rg - + RL VCC + - + vRL - vCE2 + Q2 iC2 1:1:n ATE-UO EC amp pot 35 Amplificador “Clase B” con dos transistores (II) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (II) iB1 180º iB1 Q1 iRL + iC1 iC1 iRL vCE1 - + 180º VCC - vCE2 Q2 iB2 180º + iB2 vRL iC2 iC2 180º RL 1:1:n ATE-UO EC amp pot 36 Amplificador “Clase B” con dos transistores (III) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (III) VCC/RL’ iC1 Recta de carga en continua Pendiente -1/RL’ IB1 iCpico Punto de trabajo RL’ = RL/n2 iC1 iC1 180º vCE1 1:1:n t iRL vCE2 t VCC + +VCC iCpico vRL - iC2 RL 180º iC2 IB1 iRL VCC/RL’ iC2 ATE-UO EC amp pot 37 Amplificador “Clase B” con dos transistores (IV) Cálculo del rendimiento máximo posible iC1 PRF = iCpico2·RL’/2 VCC/RL’ PCC = 2·VCC·iCpico/p h = iCpico·RL’·p/(4·VCC) IB1 Punto de trabajo t Como en el caso de un transistor ATE-UO EC amp pot 38 Pendiente 1/RL’ iCpico h = 0,785·iCpico·RL’/VCC Como: iCpico max = VCC/RL’, entonces: hmax = p/4 = 78,5% Recta de carga en continua vCE1 vCE2 t VCC iCpico IB1 VCC/RL’ iC2 Amplificador “Clase B” con dos transistores (V) Situación con la máxima señal que se puede manejar iC1 VCC/RL’ Recta de carga en continua IB1 hmax = 78,5% Q1 + Punto de trabajo t vCE1 vCE2 iC1 iRL vCE1 - + VCC vRL IB1 - - RL vCE2 + Q2 t VCC iC2 1:1:n iC2 VCC/RL’ ATE-UO EC amp pot 39 Ganancia de los amplificadores “Clase A” con bobina, “Clase B” con un transistor y “Clase B” con dos transistores 2·VCC/RL iC DiC Por comodidad, calculamos la “Transresistencia” DvRL/DiB IB 1/RL En todos los casos: DvRL= VCC, DiB = DiC/b vCE VCC Clase A VCC/RL’ 2VCC DvRL/DiB = RL·b 2·VCC/RL IB1 DiC iC IB vCE1 DiC vCE Clase B, 1 Trans. iC1 VCC vCE2 Clase B, 2 Trans. IB1 VCC DiC 2·VCC iC2 DvRL/DiB = RL’·n·b DvRL/DiB = RL·b/2 ATE-UO EC amp pot 40 VCC/RL’ Comparación entre amplificadores “Clase A”, “Clase B” con un transistor y “Clase B” con dos transistores Amplificador Rendimiento máximo Ganancia de tensión Impedancia de entrada iCmax Banda Clase A 50% RL·b/rBE Lineal 2·VCC/RL Ancha Clase B, 1 transistor 78,5% RL·b/(2·rBE) No lineal 2·VCC/RL Estrecha VCC/RL’ Ancha Clase B, 2 transistores 78,5% RL’·n·b/rBE Lineal rBE = resistencia dinámica de la unión base-emisor RL’ = RL/n2 ATE-UO EC amp pot 41 Circuitos de polarización en clases A y B +VCC +VCC A la base del transistor Polarización R P LCH D C iB A la base del transistor Clase A Sobra en el caso del Push-Pull VBE 0 Clase B ATE-UO EC amp pot 42 Amplificadores “Clase C” ¿Se puede el rendimiento máximo teórico mayor que el 78,5%? ¿Qué hay que sacrificar? Circuito básico C L Polarización VCC + - iC + iRL Rg Circuito resonante vCE RL + Q1 - VCC + vRL - iC < 180º ATE-UO EC amp pot 43 Amplificadores “Clase C” lineales (I) ¿Cómo conseguir un ángulo de conducción menor de 180º ? iC iB Rg + VB vg vBE VB+vgBE vCE + + vg t - vgBE rBE iB fC t ¿Cómo conseguir proporcionalidad entre iB y vg? ATE-UO EC amp pot 44 Amplificadores “Clase C” lineales (II) Relaciones entre variables: • vg = Vg pico·sen(wt) • Si (p-fC)/2 < wt < (p+fC)/2, iB = Vg pico·sen(wt) – (VB + vgBE) • Si wt < (p-fC)/2 o wt > (p+fC)/2, iB = 0 • fC = 2·arcos[(VB + vgBE)/Vg pico] Rg+rBE vg Para conseguir proporcionalidad entre iB y vg debe cumplirse: - Que VB+vgBE varíe proporcionalmente a Vg pico. VB+vgBE t iB - Que fC no varíe. ATE-UO EC amp pot 45 fC t VB + iB Rg iC CB vCE + vg Realización física + RB + Amplificadores “Clase C” lineales (III) vBE - vgBE rBE vBE = vgBE + iB·rBE VB = (Vg pico – vgBE)·RB/(RB + Rg + rBE) VB + vgBE = Vg pico·RB/(RB + Rg + rBE) + vgBE·(Rg + rBE)/(RB + Rg + rBE) Si Vg pico·RB >> vgBE·(Rg + rBE), entonces: VB + vgBE Vg pico·RB/(RB + Rg + rBE) es decir, proporcionalidad. ¡Ojo! como: vg = VB + vgBE + (Rg + rBE)·iB si vg >> vBE Pequeña ganancia. ATE-UO EC amp pot 46 Amplificadores “Clase C” lineales (IV) Como: C L VCC + - iC b VCC + + iRL vCE iB = vRL - - Vg pico·sen(wt) – (VB + vgBE) Rg+rBE fC = 2·arcos[(VB + vgBE)/Vg pico] Entonces: RL iB = [sen(wt) – cos(fC/2)]· Vg pico/(Rg+rBE) y, por tanto: iC = [sen(wt) – cos(fC/2)]·b·Vg pico/(Rg+rBE) iC El valor de pico vale: ICpico fc ATE-UO EC amp pot 47 iCpico = [1 – cos(fC/2)]·b·Vg pico/(Rg+rBE) Es decir: iC = iCpico· sen(wt) – cos(fC/2) 1 – cos(fC/2) Amplificadores “Clase C” lineales (V) iC = iCpico· sen(wt) – cos(fC/2) 1 – cos(fC/2) iCpico sen(fC/2) – (fC/2)·cos(fC/2) · • Componente de continua: IC = p 1 – cos(fC/2) iCpico fC– senfC · ·sen(wt) • Primer armónico: iCca1(wt) = 2p 1 – cos(fC/2) • Resto de armónicos El resto de armónicos se cortocircuitan por el IC condensador ATE-UO EC amp pot 48 + C iCca1 Arm. iC L RL vRL - Amplificadores “Clase C” lineales (VI) Circuito equivalente de alterna iCpico fC– senfC iCca1(wt) = · ·sen(wt) 2p 1 – cos(fC/2) iCca1(wt) iCca1(wt) t RL Por tanto: + vRL - vRL(wt) = -RL·iCca1(wt) vce(wt) = vRL(wt) = -RL·iCca1(wt) iCpico fC– senfC vce = -RL· sen(wt) · 2p 1 – cos(fC/2) Es decir: C L VCC + - iC + iRL RL fC– senfC vce = · i ·sen(wt) 2p 1 – cos(fC/2) Cpico + vCE vRL b - VCC - RL ATE-UO EC amp pot 49 Amplificadores “Clase C” lineales (VII) Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y excursión del punto de trabajo Como: RL fC– senfC vce = · iCpico·sen(wt) 2p 1 – cos(fC/2) Entonces: RL fC– senfC DvCE = · i 2p 1 – cos(fC/2) Cpico Recta de carga en continua iC Es decir: IB Recta de carga siendo: RL fC– senfC RL’ = 2p · 1 – cos(fC/2) iCpico Pend. -1/RL’ vCE0 VCC t p-fC 2 fC DvCE t DvCE = RL’·iCpico vCE Cálculo de vCE0: vCE0 = VCC – DvCE·cos(fC/2) Valor de la pendiente de la “recta de carga”: -1/[RL’·(1 – cos(fC/2)] ATE-UO EC amp pot 50 Amplificadores “Clase C” lineales (VIII) Cálculo del rendimiento máximo posible (I) iC PRF = (DvCE)2/(2·RL) = (iCpico·RL’)2/(2·RL) RL’ = RL · fC– senfC Pendiente -1/[RL’·(1 – cos(fC/2)] 2p 1 – cos(fC/2) iCpico PCC = VCC·IC IC = sen(fC/2) – (fC/2)·cos(fC/2) p·[1 – cos(fC/2)] ·iCpico IC t h = PRF/PCC h = PRF/PCC = IB vCE0 VCC p-fC 2 fC iCpico·RL’·[fC– senfC] 4·VCC·[sen(fC/2) – (fC/2)·cos(fC/2)] vCE DvCE t Luego h crece con iCpico. Calculamos el valor máximo: iCpico max = vCE0 min/[RL’·(1 – cos(fC/2)] = [VCC(1 – cos(fC/2))]/[RL’·(1 – cos(fC/2)] iCpico max = VCC/RL’ ATE-UO EC amp pot 51 Amplificadores “Clase C” lineales (IX) Cálculo del rendimiento máximo posible (II) Sustituyendo iCpico por iCpico max: hmax = Situación con la máxima señal que se puede manejar [fC– senfC] 4·[sen(fC/2) – (fC/2)·cos(fC/2)] hmax [%] 100 iC 90 IB iCpico max Clase C (ejempl.) Pendiente -1/[RL’·(1 – cos(fC/2)] Clase B 80 70 Clase A 60 Pend. -1/RL’ IC vCE0 50 0 90 180 fC [º] 270 360 t p-fC 2 fC Rendimiento máximo real: hmax real = (VCC - vCE sat)·[fC– senfC] 2·VCC VCC vC E DvCE t 4·VCC·[sen(fC/2) – (fC/2)·cos(fC/2)] ATE-UO EC amp pot 52 Amplificadores “Clase C” lineales (X) Resumen de características: Linealidad: Difícil, sacrificando ganancia. Rendimiento máximo: Alto, 80-90 %. Ganancia: Baja. Impedancia de entrada: Muy no lineal. Corriente de colector: Picos altos y estrechos. Ancho de banda: Pequeño. ATE-UO EC amp pot 53 Amplificadores “Clase C” “muy no lineales” (I) El transistor trabaja “casi” en conmutación C L Circuito resonante VCC + - iC + iRL vCE - iC VCC VCC + C L RL vRL - + RL iC vRL - • El circuito resonante resuena libremente y repone la energía que transfiere a la carga en los periodos de conducción del transistor. • El valor de pico de la tensión de salida es aproximadamente el valor de la tensión de alimentación: vRL = VCC·sen(wt) ATE-UO EC amp pot 54 • El rendimiento es bastante alto. Amplificadores “Clase C” “muy no lineales” (II) Modulador de amplitud VCC’ = VCC+vtr Amplificador de potencia de BF vtr + VCC’ + C L + iC + Q1 - vCC’ - VCC’ iC ATE-UO EC amp pot 55 vtr vCC VCC - + vCE RL vRL - vRL Amplificadores “Clase D” (I) Circuito básico +VCC iC1 iD1 iL D1 Q1 iL iC2 VCC/2 + iD2 D2 Q2 vRL - A L + + C vA vA RL VCC/2 VCC/2 ATE-UO EC amp pot 56 vRL - Amplificadores “Clase D” (II) Análisis vRL +VCC iC1 vA VCC/2 iL iC2 VCC/2 + iD2 D2 Q2 = + Armónicos DvRL = (VCC/2)·4/p = 2·VCC/p iD1 D1 Q1 DvRL VCC/2 - A + vA - Luego la tensión de salida es proporcional a la alimentación Puede usarse como modulador de amplitud. L C + RL vRL - • Menor frecuencia de operación debido a que los transistores trabajan en conmutación. ATE-UO EC amp pot 57 Amplificadores “Clase D” y amplificadores “Clase E” (I) Clase D vA vA iL iL Clase E iL vA Conmutación forzada en los diodos: salen de conducción cuando entran los transistores en conducción. iC1 iC1 +VCC iC1 iC2 iD1 iC2 iD1 D1 Q1 iL iC2 VCC/2 + iD2 D2 Q2 - iD2 A + vA - L C + RL vRL - ATE-UO EC amp pot 58 Conmutación natural en los diodos: salen de conducción cuando se invierte la corriente por resonancia. Ejemplo de esquema real de amplificador de potencia (obtenidos del ARRL Handbook 2001) Amplificador lineal Clase B en Push-Pull Push-Pull Filtro pasabajos Polarización ATE-UO EC amp pot 59
