Amplificadores de RF - gr.ssr.upm.es · Amplificadores 1 GR Capítulo 7 Amplificadores de RF 2 Parámetros de un amplificador Respuesta lineal Punto de 1 dB de compresión.Función

Electrónica de Comunicaciones Curso 2007/2008

Amplificadores 1

GR

Capítulo 7

Amplificadores de RF

2

Parámetros de un amplificadorRespuesta lineal

Función de transferencia.Banda de trabajoGananciaTiempo de retardo

Impedancias de entrada y salidaImpedancias nominales de cargaPérdidas de retorno y relación de onda estacionaria

EstabilidadRuido

Respuesta no linealPunto de 1 dB de compresión.Punto de cruce de intermodulación de 3º orden.Punto de cruce de intermodulación de 2º orden.Nivel de armónicos.

Z 0

Z0Entrada

Salida

Z ENT Z SAL

vG


Amplificadores 2

3

Especificaciones de un amplificador

4

Tipos de amplificadores de RF

Amplificadores sintonizadosAmplificadores de bajo ruidoBaja intermodulación Amplificadores de banda estrecha (filtros)

Amplificadores de banda anchaRealimentadosDistribuidos

Amplificadores de potenciaSuelen ser sintonizadosLinealesNo lineales


Amplificadores 3

5

VDC

VinV0

L

C

Cb

Cb

ZL

Etapa amplificadora de sintonía simple

V0Vin LCCceRce

CL RL

Circuito equivalente

Función de transferencia Lce RRg 11

+=

LceT CCCC ++=

Amplificadores sintonizados

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

=++

=

ωω

ωωωω 0

0

0

11

jQ

ggLjCjg

gVV m

r

m

i

gCQ r0ω

=rLC

10 =ω

6

Redes de adaptación de impedancias

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.

Zg

ZC

vG

Red

de

adap

taci

ón

Red

de

adap

taci

ón

ZENT ZSAL

ZENT* ZSAL

*


Amplificadores 4

7

R1 R2R1 R2 L

CL

C

R1<R2

Red de adaptación LC

Respuesta en frecuencia

693pF=L

1=CH36.5=Q

Q+1L=L

H34.7=QR=L4.36=1-R

R=Q

2o1

221

21

11

o

111

1

21

ωµ

µω

′

′

460KHz=Q

f=B 2.18=2

RC=R+R

RRC=QT

o3dB-22o

21

212oT

ω⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ω

′

′

Adaptación de impedanciasAdaptación de R1=50 a R2=1000

8

LL11 LL22RR11 RR22CC11 CC22

CCkk

LL11 LL22

RR11 RR22

CC11 CC22

LLkk

LL11 LL22RR11 RR22CC11 CC22

MM

LL11 LL22

RR11 RR22CC11 CC22

MM

k ML L1 2

=

k LL L

k

1 2=k M

L L1 2=

k CC C

k

1 2=

Circuitos de doble sintonía

Respuesta de un circuito de doble sintonía

Circuitos de doble sintonía


Amplificadores 5

9

Amplificadores multietapa

2N

0npn22

02p221

01p1

pnp2p1p

x1)(fg

...x1

)(fg.

x1)(fg

(f)(f)...g(f).gg(f)g

+++=

== Amplificadores sintonizados en cascadaVariables de diseño:

Ganancia de los amplificadores.Frecuencia de sintonía (fi)Factor de calidad (Qi)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

ff

ffQx 0i

0iii

donde

gp1 gp2 gpn

10

Amplificadores multietapa

Amplificadores de sintonía fija. (f0i=f0, Qi=Q)n

20pn0p20p1p x11)(f)...g(f).g(fg(f)g ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+

=

12QfB n

103dB −=−

g1 g2 gN

)(f)...g(f).g(fg)(fg 0pn0p20p10p =


Amplificadores 6

11

Respuesta de un amplificador de sintonía escalonada

Sintonía escalonadaCada etapa tiene:

Su frecuencia de sintonía (fi)Su factor de calidad (Qi)

Se ajustan paraMáximo ancho de bandaRizado controlado en la banda.

Amplificadores de sintonía escalonada

12

Amplificadores de banda ancha

RealimentadosPermiten obtener una ganancia constante en bandas grandes (una octava)Permiten adaptación de impedancias en banda anchaLa realimentación puede ser disipativa

Red

de

adap

taci

ón

Red

de

adap

taci

ón

Red

de

adap

taci

ón

Red

de

adap

taci

ón


Amplificadores 7

13

Amplificadores distribuidos

Se comportan como una línea de transmisión activa Consiguen bandas de trabajo muy grandes (más de una década)Tienen poca ganancia

R0

R0

Entrada

Salida

14

Amplificadores de potenciaObjetivo

Máxima generación de potencia con las limitaciones del dispositivo.

EspecificacionesParámetros adicionalesPotencia máxima a la salidaPotencia máxima disipadaRendimientoLinealidad

Tipos de amplificadoresClase A.Clase B y AB.Clase C.Clase D.Clase E

Z 0

Z0Entrada

Salida

Z ENT Z SAL

vG


Amplificadores 8

15

Amplificador clase A no sintonizado

VVcccc

VVbbbb

LLcc

LLcc

CCbbCCbb

RRLLvvininvvoutout

IIc0c0

ic

vc

θ=ωt0 π 2π

Ic0

Vcc

i1

v1

Funciones de tensión y corrienteEsquema

16

Amplificador clase A. Recta de carga

ic

Ic0

Vcc

Recta de carga

i1

i1

v1 v1

vcevsat


Amplificadores 9

17

Amplificador clase A. Rendimiento

Pin(w)

Pout(w)Pdis(w)

PDC

50%

η

Pout

Pdis

η

PDC

18

Amplificadores clase B

ic

vce

θ=ωt0 π 2π

Ic0

Vcc

im

v1

Funciones de tensión y corriente

VVcccc

VVbbbb

LLcc

LLcc

CCbbCCbb

LL CC RRLLvvininvvoutout

IIc0c0

Esquema

Vbb=0Transistor al corte en el borde de la zona de conducción

Ciclo de conducción: medio periodo (180º)


Amplificadores 10

19

Amplificador de clase B: Formas de onda

mI

t0ω=θ

ci

2π

2π

−

0π− π π2π− 2

0cI

1VccV

cv

t0ω=θ

20

Amplificador clase B. Recta de carga

ic

Vcc

Recta de carga

im

v1 v1

vcevsat


Amplificadores 11

21

Amplificador clase B. Rendimiento

Pin(w)

Pout

(w)

Pdis

(w)78%

ηPout

Pdis

η

Rendimiento y potencia de salida

22

Amplificadores clase B en contrafase


Amplificadores 12

23

Amplificador clase C

vce

θ=ωt0 π 2π

Vccv1

ic

Ic0

im

2θ0

VVcccc

VVbbbb

LLcc

LLcc

CCbbCCbb

LL CC RRLLvvininvvoutout

IIc0c0

Vbb<0


Esquema

La tensión de base hace que el punto de reposo esté fuertemente al corte

24

Amplificador de clase C: Formas de onda

mI

t0ω=θ

ci

0θ

0π− π π2π− 2

0cI

1V

ccV

cv

t0ω=θ

0VbbV

bv

t0ω=θ

0θ−


Amplificadores 13

25

I-V en amplificadores clase C

ic

Vcc

Recta de carga

im

v1(1-cos(θ)) v1

vce

26

Clase C: Ganancia V

0º 20º 40º 60º 80º 100º 120º 140º 160º 180º0%

20%

40%

60%

80%

100%

Lm

V

RgG

0θ

Clase B Clase A

Clase ABClase C


Amplificadores 14

27

Clase C: Rendimiento

0º 20º 40º 60º 80º 100º 120º 140º 160º 180º50%

60%

70%

80%

90%

100% Clase B

Clase A

Clase AB

Clase C

η

0θ

28

Amplificador clase C. Rendimiento

Pin(w)

Pout

(w)

Pdis

(w)

90%

ηPout

Pdis

η

Rendimiento y potencia de salida


Amplificadores 15

29

Amplificador clase D. Alto rendimiento

Vin V0

L C

ZL

Vcc

vc2 Vcc

i0θ=ωt

i2

i1

θ=ωt

θ=ωt

θ=ωt


Esquema

30

Amplificador clase E

Vin V0

L C

RL

Vcc

Cp

vb

i0+ic0

θ=ωt

icp

ic

θ=ωt

θ=ωt

θ=ωt

vc


Esquema


Amplificadores 16

31

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.P7.2 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 dea) 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

32

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 290k.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%


Amplificadores 17

33

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.

34

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 Wb) 5 Wc) 10 Wd) 20 W

P7.10 Un amplificador clase C tiene un rendimiento del 90% y puede disipar 2w. ¿Cuál es su potencia máxima de salida?

a) 90 Wb) 40 Wc) 18 Wd) 9 W

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