8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

1/22

  102

Capitolul 6

Radioemiţătoare şi radioreceptoare

6.1. Tipuri de radioemiţătoare. Scheme bloc.

In prezent, radioemiţătoarele (RE) sunt de o foarte mare diversitate. Clasificarea RE se poate face din numeroase puncte de vedere.

a. Din punct de vedere al puterii de emisie , al puterii radiate de antenă  P r  , sunt:

  RE cu rază mică de acţiune (SRD − Short Range Devices), cu P r < 25mW (10mW);  RE de foarte mică putere, cu P r  < 3W,  RE de mică putere, cu P r  = 3 ... 100W,  RE de medie putere, cu P r  = 100 ... 3000W,

  RE de mare putere, cu P r  = 3 ... 1000kW,

  RE de foarte mare putere, cu P r  > 1000kW,

b. Din punct de vedere al destina ţ iei exist ă:

  RE pentru radiodifuziune sonor ă şi TV, cu puteri de la ≈100W la peste 1MW;  RE pentru (radio) telefonia mobilă  (sisteme radio celulare), cu puteri sub 0,5W la

sistemul portabil şi 10 ... 25W la staţiile de bază;  RE pentru telefoanele "f ăr ă cordon" (cordless);  RE pentru radiolegături bilaterale în fonie şi date (radiotelefoane), cu puteri de 0,1 ...

5W la staţiile portabile până la 5 ... 25W la cele fixe sau mobile (pe vehicule);  RE pentru identificare în radiofrecvenţă (RFID), cu puteri de 1 ... 5W la cititoare;  RE pentru radiorelee, uzual de 5 ... 10W;

  RE pentru comunicaţii prin sateliţi, cu puteri de 100 ... 3000W pe satelit şi de 1 ...

10kW pentru staţiile de sol;  RE pentru reţele de calculatoare şi alte aplicaţii tip SRD, cu puteri sub 25mW;  RE pentru radiolegături cu mijloace de transport aeriene şi navale, de regulă incluzând

comunicaţii radiotelegrafice, de date şi în fonie;  RE pentru radionavigaţie maritimă şi aeriană, tip radiobalize şi radiofaruri;  RE pentru telecomandă şi radioghidaj;  RE pentru utilizări industriale, casnice şi medicale, cum sunt RE pentru încălzire şi

uscare în microunde, aparatele pentru diatermie, meteorologie etc.;

  RE pentru radiolocaţie;  RE pentru bruiaj.

  RE pentru utilizări speciale –exemple sunt: sistemele de comunicaţie cu submarinele

(pe 35 ... 45Hz), sistemele de transmisie a orei exacte (cum este DCF pe 77,5kHz 1)

c. Din punct de vedere al condi ţ iilor de utilizare, exist ă:

  RE terestre fixe (radiodifuziune, staţii de bază  în sistemele celulare, pentru radioreleeetc;

  RE portabile (pentru sisteme celulare, radiotelefoane)

  RE terestre mobile (pe vehicule);

  RE pentru nave maritime şi fluviale;  RE pentru aeronave;

1 Emiţătorul de semnal orar DCF77 este situat în Germania la Mainflingen (lângă Frankfurt). Informaţia orar ă 

este dată de un ceas atomic de la Institutul de Fizică şi Metrologie din Brunswick (foarte precis, abatere teoretică de 1 secundă la 106 ani). Puterea introdusă în antenă este de 50 kW, iar puterea emisă este de 30kW. Serecepţionează dar nu prea binela peste 2800km, la Iaşi, la Kiev etc.

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

2/22

  103

  RE pentru sateliţi;  RE pentru sateliţi cu alte utilizări;  RE pentru rachete.

d. Din punct de vedere al modula ţ iei, se deosebesc:

o 

RE cu modulaţie analogică  − de amplitudine (MA−BLD / MA−RBL / MA−BLU);− de frecvenţă;Acestea, frecvent, pot transmite şi date, cu modulaţie ASK sau FSK.

o  RE cu modulaţie digitală, de variate tipuri: FSK, PSK, ASK, OFDM.

Cu toată diversitatea, pe partea de RF, majoritatea RE au schema bloc de tipul celordin figur ă. Diferenţele majore apar la: (1) realizarea sistemului de control digital al semnaluluiutil, (2) sistemul digital de măsur ă, control, semnalizare al păr ţii de RF şi (3) modalitateaconcretă de implementare a diferitelor subansamble, care depinde de frecvenţă şi de putere.

Indiferent de tip, o serie de subansamble există în structura tuturor – sau a majorităţii

RE. Astfel, orice RE include:

ARFP

+ Mod Ampli

SEMNAL AF

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

AMPLIFICARE

RF

OSCILATOR

PILOT

AJF

DE PUTERE

BLOC DE

ALIMENTARE

CONTROL SISTEM

(măsur ă, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

R ĂCIRE

ARFP

SEMNAL

UTIL(DATE,

SUNET)

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

ARF + MOD.

IN FAZĂ (MP, PSK, ...)

OSCILATOR 

PILOT

BLOC DE

ALIMENTARE

 

CONTROL SISTEM

(măsur ă, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

R ĂCIRE

ARFP

SEMNAL UTIL

(DATE, SUNET)

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

OSCILATOR +

MOD. FRECV.

(MF, FSK)

ARF

BLOC DE

ALIMENTARE

CONTROL SISTEM

(măsur ă, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

R ĂCIRE

FSK

OCT ARFP 

:128CP

FTJ

XTAL

OSC.

ASK

FSK IN ASK IN

a

d

c

 b

Scheme bloc de radioemiţătoare: a – RE de radiodifuziune cu MA; b – RE cu modulaţie de fază (radiotelefon); c – RE cu modulaţie de frecvenţă directă (radiodifuziune, radiotelefon), d – RE tipic pentru

SRD (circuit integrat)

PLL multiplicator de frecvenţă 

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

3/22

  104

o  O  sursă  de oscila ţ ii de RF , care poate fi: un simplu oscilator pilotat cu rezonator – fig.

6.1.a, eventual inclus într-un multiplicator (de regulă cu PLL) – fig. 6.1.d, sau un sintetizorinclus într-un excitator (cazul RE pentru nave maritime, de exemplu).

o  Un amplificator de RF de putere – ARFP , realizat (1) cu un simplu tranzistor din circuit

integrat, cu puteri de maxim 10 – 25mW, (2) cu multe blocuri tranzistorizate a căror

 putere se sumează  (RE cu AM sau FM pentru radiodifuziune sonor ă şi video), cu puterix(0,1 ...100)kW, sau (3) ARFP de mare putere cu tuburi (tetrode cu fascicul, triode, tuburi

cu undă progresivă), cu puteri de x(2 ... 1000)kW.o  Un circuit de modulare, a cărui structur ă depinde de tipul modulaţiei: (1) MA de putere

(analogică sau ASK) se realizează întotdeauna în etajul final – fig. 6.1.a, d; (2) MP (ana-logică pentru MF sau PSK) se realizează  într-un etaj anume al lanţului de RF între sursade oscilaţii şi ARFP – fig. 6.1.c; (3) MF directă (analogică sau FSK) se realizează în etajuloscilator – fig. 6.1.c. d.

o  Un subansamblu de prelucrare a semnalului util, de JF , care include unFTJ pentru limita-

rea benzii la valoarea admisă  şi apoi aduce semnalul la forma potrivită  modulării. Deexemplu, în cazul RE de radiodifuziune cu MA, aceasta înseamnă amplificarea până la o

 putere comparabilă cu a ARFP final, în care se realizează modulaţia. In cazul transmisiilordigitale a semnalelor analogice, subansamblul include convertorul AD şi formatoarele deimpulsuri modulate în cod.

o   Blocul de alimentare  este un ansamblu cu complexitate dependentă  de puterea necesar ă RE. In cazul RE de puteri foarte mici este un simplu filtru, iar în cazul RE de mare putere

include transformatoare de reţea ridicătoare la 5 – 25kV, cu redresoare, filtre şi stabiliza-toare, cu circuite de protecţie, de măsur ă şi control.

o  Sisteme de r ăcire  sunt folosite când pe componentele active şi pasive din circuitele de putere se disipă puteri importante. Se folosesc: radiatoare pe tranzistoarele din etajele finalşi de alimentare, ventilatoare – când r ăcirea radiatoarelor şi a unor componente pasive seface cu aer, pompe de căldur ă  −  pentru dispozitive semiconductoare de putere mare,sisteme de r ăcire cu apă − pentru tuburi sau etaje tranzistorizate de foarte mare putere.

O componentă existentă la toate RE este sistemul radiant, antena de emisie. Cuplareaantenei cu ARFP se face, practic f ăr ă excepţie, prin circuite de adaptare selective, care înde-

 plinesc 2 funcţii: (1) reduc armonicele curentului în antenă la/sub valorile permise de norme şi(2) asigur ă adaptarea antenei la ARFP în sensul că  (2.a)compensează componeta reactivă astfel ca faţă de sursa echivalentă a ARFP circuitul de ieşire apare pur rezistive şi (2.b) trans-formă rezistenţa de intrare în antenă într-o rezistenţă echivalentă cu valoarea necesar ă pentruca ARFP să debiteze puterea doriă cu randament bun.

In general, din motive de eficienţă energetică, ARFP funcţionează în regim neliniar − §6.2. Ca urmare, curentul este furnizat sub formă  de impulsuri aproximativ sinusoidale, cudurata mai mică de o perioadă, destul de deformate şi ca urmare cu armonici mari. Acestea nutrebuie să  fie radiate în spaţiu – curentul prin antena de emisie trebuie să  fie aproximativsinusoidal, mai bine zis să aibă spectrul localizat în banda alocată.

Pe de altă parte, eficienţa emisiei trebuie să fie mare – uzual, în etajul final se acceptă randamente de cel puţin 70% - chiar din acest motiv se foloseşte atât de frecvent regimulneliniar. O asemenea eficienţă, combinată  cu condiţia de a se debita puterea specificată, se

 poate realiza numai dacă  impedanţă  de sarcină  a ARFP are anumite valori, într-un intervalfoarte restrâns. Aceste valori nu sunt practic niciodată  realizate de către antenă. De aceea,între circuitul ARFP şi antenă se interpune un circuit de adaptare rezonant.

Dacă emiţătorul funcţionează pe o singur ă frecvenţă fixă sau pe frecvenţe apropiate, se poate folosi un circuit de adaptare fix – acesta e cazul majorităţii echipamentelor de puteremică (SRD, radiotelefoane etc.). In cazul RE de mare putere, componentele nedorite trebuie

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

4/22

  105

atenuate mult şi se folosesc circuite de adaptare de bandă foarte îngustă, de regulă acordabile – cazul RE de radiodifuziune; reacordarea se face fie la schimbarea condiţiilor de radiaţie, demediu, fie la schimbarea frecvenţei de prutătoare..

Semnalul de RF este adesea vehiculat în mai multe etaje înainte de etajul final. Cupla-

 jul dintre aceste etaje se poate face fie prin circuite de adaptare de bandă îngustă, rezonante,(ca şi cel fintre final şi antenă), fie prin circuite de adaptare de band ă  larg ă, care realizează numai transformare de impedanţă  (compensarea componentelor reactive se realizează  cucircuite de compensare de bandă largă).

6.2. Regim liniar şi neliniar în ARF6.2.1. Aspecte generale

Amplificatoarele de RF de putere în radioemiţătoare trebuie să amplifice semnale mo-dulate, formate din purtătoare şi benzile laterale corespunzătoare modulaţiei. Banda ocupată de semnal Bs, este mult mai mică decât frecvenţa purtătoarei f 0; uzual Bs < (0,05 ... 0, 1) f 0.

Sarcina ARFP este întotdeauna un circuit selectiv (de adaptare şi filtrare) de tip FTBsau FTJ, cu o bandă de trecere destul de largă în jurul f 0, oricum sensibil mai largă decât Bs.Ca urmare, din punctul de vedere al ARFP, semnalul poate fi considerat cu bună aproximareca fiind sinusoidal cu frecvenţa purtătoarei f 0. Circuitul de adaptare asigur ă ca, în toată bandade semnalului, sarcina “văzută” de ARFP să fie activă, adică o rezistenţă – rezistenţa desarcină  R L; eventualele reactanţe sunt compensate.

In continuare, se va considera ARFP echipat cu tranzistor, tranzistoarele fiind de

departe cele mai utilizare dispozitive active în ARFP de la ≈30kHz la peste 30GHz.

Pentru început, se va studia ARFP cu tranzistor bipolar NPN, aceste dispozitive fiind

 bine cunoscute.

Comportarea tranzistoarelor în RF este complicată datorită capacităţilor şi rezistenţelor joncţiunilor – acestea sunt neliniare, dependente de tensiune. Din această cauză, chiar lafrecvenţe nu prea mari (zeci de MHz), utilizarea caracteristicilor statice este limitată la studiulfuncţionării ARFP sub aspecte calitative - aceasta se va face mai jos.

6.2.2. ARF cu tranzistor. Sarcina tranzistorului în ARF

Ca orice dispozitiv activ în circuit, tranzistoarele, bipolare (TB) sau cu efect de câmp

(JFET sau MOSFET) în ARF trebuie polarizate de la surse de tensiune continuă:  colectorul se polarizează de la o sursă de colector E C  (sau E  D) cu plus sau minus, în funcţie

de tipul tranzistorului;

   baza se polarizează cu tensiune E  B (sau E G ) pozitivă, negativă sau nulă faţă de emitor(sursă).

Polarizarea colectorului (drenei) se poate face:

  Printr-un rezistor, semnalul variabil fiind colectat prin condensator – acestea sunt amplifica-

toarele cu cuplaj RC – fig.1.1.

  Prin bobină: prin bobina unui circuit rezonant (fig. 1.1), sau prin bobină de şoc (fig. 1.2).In continuare se va discuta pe un exemplu de ARF cu tranzistor bipolar.

In cazul amplificatorului cu cuplaj RC – fig. 1.1, se observă că şi curentul de colector şitensiunea pe colector variază în jurul unor valori medii corespunzătoare punctului static defuncţionare I C 0, U C 0 = RC  I C 0; curentul în sarcina R L, are amplitudinea ( I  Lmax ) mai mică decât a

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

5/22

  106

curentului variabil de colector ( I Cmax ); pe RC  “se pierde” putere de semnal. Din acest motiv,

amplificatoarele de RF cu cuplaj RC se folosesc în RF numai pentru puteri mici, deşi sunt de bandă largă (video, de exemplu) şi pot asigura distorsiuni mici.

Din acest motiv, dar şi din altele, frecvent în ARF în general şi de regulă în ARFP, nu sefoloseşte polarizarea colectorului prin rezistor.

In cazul sarcinii cuplate inductiv, de exemplu ca în fig. 1.2, cu transformator de RF (TR),

nu se mai pierde putere pe un rezistor în colector. In acest caz, în colector se află un circuit deadaptare şi filtrare – de exemplu un circuit LC C C  rezonant pe frecvenţa medie din bandă (uzual

 purtătoarea), cu un factor de calitate Q destul de redus pentru a avea o bandă la -3dB mai maredecât banda semnalului util. In secundarul TR este cuplată sarcina “adevărată” – de exemplu oantenă, echivalentă pentru amplificator cu o rezistenţă  R L. In primar se reflectă o sarcină echivalent ă  R Lech, care nu există decât în curent alternativ (pentru semnal), cu exprersia:

2

21 Lech L R R n ; raportul de transformare:

21 2 1 Lef Cef Cef Lef n U U I I N N     (1.1)

Dacă  N 1 şi N 2 sunt numerele de spire din primarul şi secundarul TR, neglijând pierderie, puterea din primareste egală cu puterea din secundar; cu U Cef , I Cef , U  Lef  şi I  Lef   valorile eficace ale tensiunilor şi curenţilor din primar şi secundar, rezultă:

Cef Cef Lef Lef  U I U I   ; raportul de transformare este:

21 ef Cef Cef Lef  n U U I I   .

Ca urmare, dacă sarcina “adevărată” este R L din secundar, cu  L Lef Lef  R U I  , în primar, pentru tranzistor,

apare o sarcină echivalent ă (sau reflectat ă)  R Lech, cu ech Cef Cef   R U I  . Din expresia lui n12, rezultă:

221 21 21 Lech Cef Cef Lef Lef Lef Lef  R U I U n I n U I n . Deci: 221 Lech L R R n  Tensiunea electromotoare e0 indusă într-o spir ă de fluxul magnetic comun celor două înf ăşur ări este aceeaşi în primar şi în secundar; ca urmare, neglijând pierderile, tensiunile la bornele înf ăşur ărilor cu  N 1, respectiv N 2 sunt:

1 0Cef U N e ,

2 0 Lef U N e ; raportul de transformare este:

21 2 1 Lef Cef n U U N N    

Subliniem că  R Lech nu corespunde unui rezistor; R Lech există numai pentru componentavariabilă a curentului, pentru semnal. Ca urmare, nu mai apare cădere de tensiune continuă şi

Fig. 6.1. Amplificator RC cu tranzistor: schema şi diagrama semnalelor

 E C

 R B R L

 R

 E  B

C b i in

C c

uC

u B

i C  i  L

i C  – i  L 

i  S u L = R L·i  L  E C 

0ωt 

ωt 

i  L

 I  Lmax

ωt 

ωt 

ωt 

U C 0 = RC ·I C 0

i C 

 E C 

 I  B0i in

 I C 0

uC 

 I Cmax 

Fig. 6.2. Amplificator cu tranzistor cu sarcină LC: schema şi diagrama semnalelor

ωt 

ωt 

ωt 

ωt

ωt

uC 

 I  B0

i  B

2 E C  

 E C 

i C

 I C 0

u Lech

+ E C  0

- E C 

i  Lech

 R B 

 L LN2 

 R Lech 

i  Lech 

 E C

 LCN1 

 E  B 

C C 

usu B 

i C 

 R L

uC

TR 

u Lech

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

6/22

  107

 pierderi de putere pe rezistor. Acesta este unul dintre motivele pentru care polarizarea colectoru-

lui tranzistorului în ARF, mai ales în ARF de putere, se face prin bobină.

6.2.3. Regimuri de funcţionare ale tranzistorului în ARFP

Se consider ă ARF cu tranzistor bipolar (TB), ca în fig. 1.3; polarizarea

colectorului se face prin bobină de şoc1 ( L S ) iar sarcina se cuplează la colector

 prin condensator (C c). Sarcina constă dinrezistenţa R Lech, echivalentă sarcinii“reale” R L cuplată prin transformator lacircuitul C  L L L acordat pe frecvenţa delucru. Ca şi în cazul din fig. 1.2, sarcinaechivalentă există numai pentru semnal;numai componenta variabilă a curentuluide colector trece prin R Lech (deosebirea

este că i  L şi i C  sunt în opoziţie de fază).Sunt posibile 2 regimuri de

funcţionare:   Regimul de func ţ ionare liniar , în care

 polarizările şi nivelul semnalului deintrare sunt astfel încât dispozitivul

activ nu intr ă în blocare sau saturaţie.   Regimul de func ţ ionare neliniar , în

care polarizările şi nivelul semnalului

de intrare sunt astfel încât dispozitivulactiv intr ă cel puţin în blocare, eventual şi în saturaţie.Se va analiza funcţionarea în cele două regimuri din punct de vedere energetic, un aspect

esenţial în cazul ARF de putere.

Funcţionarea tranzistoarelor în ARF este de regulă neliniar ă şi influenţată mult deelemente reactive, dintre care în mod deosebit contează capacitatea şi rezistenţa joncţiunii bază-emitor, ambele foarte neliniare. Acestea introduc efecte iner ţiale în funcţionare şi ca urmare,caracteristicile statice nu pot fi folosite pentru calcule decât ca aproximaţii grosiere şi numai lafrecvenţe destul de joase.

Pentru înţelegerea calitativă a funcţionării tranzistoarelor în regim liniar şi neliniar,

 pentru aprecieri cantitative din punct de vedere energetic, se pot totuşi neglija aspectele iner ţialeşi neliniare din funcţionarea tranzistoarelor; regimurile de funcţionare se pot explica folosindcaracteristicile statice liniarizate.

1 Prin bobina de  şoc se înţelege o bobină care, în gama frecvenţelor de interes, are o reactanţă mult mai maredecât celelalte rezistenţe sau reactanţe din jur. Intr-un circuit, bobina de şoc are rolul de a permite circulaţia

componentei continue a curentului şi de a bloca circulaţia curenţilor variabili. In cazul din fig. 1.3, componentacontinuă a curentului de colector circulă de la + E C , la colector, prin L S ; componentele variabile circulă pe caleaC c, R L, - E C , cu impedanţă mai mică decât reactanţa şocului ( X  S  = ω L S ).

Fig. 6.3. Amplificator de RF cu TB cu şoc în colector

 L S 

 R B 

 E  B

C c

i su B

i C 

   R   L  e  c   h

 E C uC 

C b i  B

u L

i  L

 L L

C  L   R   L

 I C 0

 I  B0

i  B

i C   i  L

 I C 0

i  ωt 

0

uC   u L2 E C  

 E C

0

− E C  

ωt 

ωt 

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

7/22

  108

  6.2.4. ARF cu dispozitivul în regim liniar

In regim liniar, baza este polarizată în regiunea activă iar nivelul semnalului este destulde mic pentru ca prin tranzistor să circule curent tot timpul. In acest caz, pentru semnal de intraresinusoidal, curentul de ieşire (de colector) şi tensiunea de colector au componenta variabilă 

sinusoidală.In regim liniar, în lipsa semnalului, TB polarizat cu E  B şi E C  conduce curentul I C 0 –

 punctul mediu de funcţionare este M (fig. 1.4), în regiunea de lucru activă.Dacă semnalul de intrare (fig. 1.4) este sinusoidal, de forma: ( ) cos( )s si t I t  ,

semnalele pe bază, curentul şi tensiunea de colector sunt:

0 0 max( ) ( ) cos B B b B bi t I i t I I t    (1.2.a)

max( ) ( ) cosC C c C cu t E u t E U t    (1.2.b)

0 0 max( ) ( ) cosC C c C ci t I i t I I t    (1.2.c)

Componenta variabilă a tensiunii de colector este determinată numai de componenta variabilă a curentului de colector i c(t ), egală cu i l (t ) – curentul de sarcină, care determină cădere detensiune numai pe rezistenţa echivalentă  R Lech, prin care circulă (curentul variabil prin şocul

 L S  este neglijabil) adică:

max max maxc Lech l Lech cU R I R I     sau ( ) cos ( )c c Lech cu t U t R i t     (1.3)

In planul i C  uC , punctul de funcţionare se deplasează pe o caracteristică dinamică liniar ă,între punctele A şi B. Din (1.2) şi (1.3) rezultă ecuaţia caracteristicii dinamice în planul i C uC :

0( )C C Lech C C  u E R i I    sau 0C C 

C C 

 Lech

 E ui I 

 R

 

(1.4)

Caracteristica dinamică este o dreaptă (AMB) cu panta (dinamică) în regim liniar:1dl Lech S R  (1.5)

Puterile sunt:

disipată pe sarcină (puterea utilă): 2max max max1 1

2 2util L Lech l c c P P R I U I    (1.6.a)

 

absorbită din sursă: 0 0absorbit C C   P P E I    (1.6.b) 

 pierdută: 0 0 max max12

 pierdut P L C C c c P P P P E I U I  (1.6.c)

uC  

i C   i C   i  L 

ωt

0 2π  ωt 

U C min  U C max 

 I  Bmax 

 I  Bmin A

B

M

 I C max 

 I C 0 

 I C min

 I cmax 

Fig. 6.4. Caracteristici dinamice şi forme de semnale în ARF cu tranzistor în regimliniar cu sarcină acordată 

0  E C   uC

0 ωt  

 I lmax  

U cmax  

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

8/22

  109

  Randamentul este:

0 max max 0(1 2) L c C c C  P P U E I I    (1.7)

Din fig. 1.4, se observă că: maxc C U E    şi max 0c C  I I  ; aşadar 1 2 . De fapt,

max(0,85...0,9)

c C U E   şi

max 0(0,40...0,45)

c C  I  , ceea ce înseamnă  0,34...0,40 , valori

mult prea mici pentru o gamă mare de aplicaţii. Puterea pierdută – rel. (1.6.b), reprezintă peste60% din puterea absorbită din sursă şi se disipă pe dispozitiv.

In concluzie, regimul liniar este cu totul dezavantajos din punct de vedere energetic.

Singurul avantaj al regimului liniar, esenţial în unele aplicaţii, constă în liniaritatea amplificării.Singura soluţie de îmbunătăţire a randamentului constă în folosirea dispozitivului în

regim neliniar.

6.2.5. ARF cu tranzistorul în regim neliniar

In regim neliniar, dispozitivul este blocat pe o durată din perioada semnalului deintrare. Pentru aceasta, polarizarea se face astfel ca în lipsa semnalului tranzistorul să conducă un curent de colector nul - ca în fig. 1.5, sau mult mai mic decât amplitudinea curentului în

regim de semnal. Aceasta se obţine prin fixarea punctului static de funcţionare aproape de puntul B – în dreapta, precum A în fig. 1.5 sau în stânga, undeva pe caracteristica dinamică.

Considerând ARF cu configuraţia din fig. 1.3, dacă baza este polarizată cu tensiunemai mică decât tensiunea de deschidere, în punctul static A, curentul de colector este nul iartensiunea de colector este E C ; punctul A are coordonatele: uC  =  E C , i C   = 0 (fig. 1.5).

Când pe bază se aplică semnal, la o valoare a tensiunii de bază joncţiunea bază-emitorse deschide şi apare curent de colector – punctul B; pe măsur ă ce i  B creşte, creşte şi curentulde colector iar tensiunea de colector scade; punctul de funcţionare se deplaserază pe por ţiuneaînclinată a caracteristicii dinamice până în C, la i  B =  I  Bmax . Când i  B scade, punctul de funcţio-nare se deplasează spre B, i C  scade iar uC  creşte. După blocarea tranzistorului în B, i C  = 0, daruC  continuă să crească sinusoidal pe seama energiei acumulate în câmpurile magnetic şielectric ale L L şi C  L

1. Punctul de funcţionare se deplasează până în D, pe abscisă, după care uC  

1 La fel de bine se se poate spune că, după anularea curentului de colector, circuitul rezonant continuă să oscileze

liber pe frecvenţa de acord egală cu frecvenţa de lucru.

Fig. 6.5. Caracteristici dinamice şi forme de semnale în ARF cu tranzistor cusarcină acordată, în regim neliniar

-θ c0

i C   i C

ωt

U cmax ·cosθ c 

uC 

 I  Bmax 

AB

C

0  U C min  E C    U C max

D u

+θ c

tan(φ) = S d φ

-π/2 0 π/2

 I C 

ωt

 I C max

-π /2

+π /2

-θ c   0 +θ c 

U cmax  

F

U C max

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

9/22

  110

scade sinusoidal, punctul ajung în A şi procesul se repetă. Aşadfar, în acest caz, caracteristicadinamică este liniea frântă CBAD.

Curentul de colector are forma unor impulsuri sinusoidale cu o durat ă de conduc ţ ie 

2τ c – fig. 1.5. Produsul 2θ c= 2τ cω  este unghiul de conduc ţ ie iar θ c este semiunghiul deconduc ţ ie. Deşi curentul anodic este nesinusoidal, tensiunea de colector variază sinusoidal

datorită circuitului rezonant din colector. Ca urmare, şi curenţii prin L L şi C  L sunt sinusoidali,deci şi curentul prin sarcina R L este sinusoidal, ca şi curentul i  L prin sarcina echivalentă  R Lech.

Curentul anodic are are armonice: I C 0 – componenta de c.c., max cosc ci I t  - funda-

mentala, 2 2max 2cos(2 )c ci I t    - armonica a 2-a, 3 3max 3cos(3 )c ci I t    , ...

Amplitudinele armonicelor depind se semiunghiul de conduc ţ ie (θ c) şi se pot exprima:  în funcţie de I C max (amplitudinea impulsului de curent, fig. 1.5), cu coeficienţii αk (θ c) sau  în funcţie de I C , cu semnificaţia din fig. 1.5) cu coeficienţii γk (θ c).

Relaţiile sunt:

0 0 max max 1max 1 max 2 2 max( ) , ( ) , ( ) ...C c C c c c C c c C   I I I I I I I    (1.8)

0 0 max 1max 1 2 2( ) , ( ) , ( ) , ...C c C c c c C c c C   I I I I I I I    (1.9)

1 1( ) 1 cos ( )c c c   (1.10)

Graficele variaţiei coeficienţilor seriei Fourier αk (θ c), γk (θ c) şi a factorului de formă 

1 1 0( ) ( ) ( )

c c c g    apar în fig. 1.6. Expresiile αk (θ c) şi γk (θ c) sunt date în Anexa 1.

Puterile sunt:

disipată pe sarcină (puterea utilă):

max max max 1 max

1 1( )

2 2 L c c c c C  P U I U I    (1.11.a)

absorbită din sursă:

0 0 0 max( )

C C C c C   P E I E I    (1.11.b)

 pierdută:

0 0 max 0 max

1( )

2 P L C C c c C  P P P E I U I   (1.11.c)

Randamentul este:

max 10

0

( )1

2 ( )

c c L

C c

U  P P 

 E 

 

 

  (1.12.a)

max1

1( )

2

cc

C 

U  g 

 E    (1.12.b)

Din variaţia factorului de formă 1( )

c g   - fig.

1.6, rezultă:   g 1(θ c) → 2 = maxim, pentru θ c → 0, ceea ce este inacceptabil deoarece presupune

realizarea unei puteri utile date cu impulsuri de curent foarte înguste dar cu amplitudine

foarte mare;

   g 1(θ c) = 1 = minim, pentru θ c = 180º, ceea ce corespunde regimului liniar;

   g 1(θ c) = 1,33 ... 1,67 = acceptabil, pentru θ c = 60º ... 90º; se obţine o putere utilă dată cuimpulsuri de curent cu amplitudine realizabilă, cu randament acceptabil.

In adevăr, g 1(θ c) este maxim pentru θ c = 120º:  g 1(120º) = 1,321, pentru care, cu

max 0,85 ... 0,96c C U E   , se obţine η = 0,651, o valoare prea mică.

Pentru θ c = 90º ... 60º, g 1(θ c) = 1,571 ... 1,794 şi randamentul realizabil este: η = 0,67

...0,85, acceptabil.

Fig. 6.6. Coeficienţii α0 şi α1 ai seriei Fourierşi factorul de formă  g 1(θ c) pentru impuls

sinusoidal cu deschidere 2θ c 

0 40 80 120 160 θ c(º)

α0α1

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

 g 12

1,67

 1,33

 

1

 g 1(θ c) α1(θ c) α0(θ c)

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

10/22

  111

  Aşadar, soluţia constă într-un compromis între: randament acceptabil (peste 0,7) – decio90c  şi amplitudine a impulsului de curent realizabilă, ceea ce se obţine pentru

o60c  -

zona gri din fig. 1.6.o

o

o

60

75

90

c

 

571,1

689,1

794,1

1 g   

75,0...67,0

80,0...72,0

85,0...76,0

 

Adoptarea unei valori pentru θ c depinde de: disponibilităţile de semnal şi de capacita-tea dispozitivului de a suporta impulsuri de curent cu amplitudine mare. In practică, se prefer ă θ c= 80º ... 90º; destul de rar se folosesc valori mai mici şi încă şi mai rar valori mai mari.

6.2.6. Influenţa sarcinii asupra caracteristicii dinamice

Datorită circuitului acordat din colector, rezistenţa de sarcină echivalentă  R Lech există numai pentru fundamentala curentului; pentru celelalte componente sarcina este nulă. Caurmare, tensiunea de colector este:

max max( ) ( ) cos cosC C c C c C Lech cu t E u t E U t E R I t     (1.13)

Aşadar, în domeniul timp curentul anodic este dat de relaţiile:

1

cos cos ,( )( )

0

cC c c

cC 

 I  I t t t 

i t 

rest 

  (1.14)

Se observă că la limitele blocării (-θ c, +θ c) din (1.11), tensiunea pe colector este:

max max( ) ( ) cos cosC c C c C c c C Lech c cu u E U E R I     (1.15)

Rezultă ecuaţiile ecua ţ iile caracteristicii dinamice în planul i C uC :

1

, ( ) ( )( )( )

0

C C C c C C c

c cC 

 E uu u u

 Ri t 

rest 

 

  (1.16)

Relaţiile (1.16) sunt ecuaţiile dreptei frânte DABC (fig. 1.5), formată din segmentele:  DAB, pe abscisă, când dispozitivul este în regiunea de blocare şi  BC, înclinat cu panta dinamică  11 ( )d c c S R  , când tranzistorul conduce (punctul de

funcţionare se află în regiune activă).

Sarcina (rezistenţa echivalentă  R Lech) influenţează esenţial forma curentului de colec-tor şi regimul de funcţionare al tranzistorului. Pentru a explica aceasta, se consider ă ARF înregim neliniar, ca în fig. 1.5, cu polarizări ( E C , E  B) constante, excitat cu semnal sinusoidal cuamplitudine ( I s) constantă, deci cu I  Bmax = constant. Se variază  R Lech de la 0 şi se studiază efectele pe caracteristici liniarizate, ca în fig. 1.7.

Panta caracteristicii dinamice (por ţiunea înclinată) este, după (1.16):

1tan 1 ( )d c Lech S R (1.17)

  Pentru 0, Lech R     ,d  S    2 , caracteristica este verticala prin A (la E  A).

  Pentru , Lech R     ,0d  S    , caracteristica este orizontală.

  Pentru 1 0, Lech R   - mică, ,01 d  S    21    şi extremitatea C ajunge în C1 pe I  Bmax;

caracteristica dinamică este D1AB1C1; curentul de colector este impulsul sinusoidal i C 1.

în regiunea activă 

în regiunea de blocare

C max foarte mare

C max mare

C max mic

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

11/22

  112

  Pentru 2 1 , Lech Lech R R   ,12 d d   S  S     12   , punctul C ajunge în C2 la intersecţia liniei

LC cu caracteristica la I  Bmax = ct.; caracteristica dinamică este D2AB2C2; curentul decolector este impulsul încă sinusoidal i C 2.

  Pentru 3 2 , Lech Lech R R   ,23 d d   S  S     23   , punctul C ajunge în/

3C  la intersecţia liniei

LC cu caracteristica la I  Bmax = ct., apoi când i  B creşte, C se deplasează pe linie până în C3;caracteristica dinamică este D3AB3C3; curentul de colector este impulsul i C 3 cu crestăturala mijloc.

  Pentru 4 3 , Lech Lech R R   ,34 d d   S  S     34   , C ajunge în/

4C  la intersecţia liniei LC cu

caracteristica la I  Bmax = ct., apoi când i  B creşte, C se deplasează pe linia LC până în 0 apoiîn C4; caracteristica dinamică este D4AB4C4; curentul de colector este impulsul i  B4 cucrestătura la mijloc ajungând pe abscisă încât curentul se anulează pentru un timp.

In funcţionarea ARF în regim neliniar se definesc 2 regimuri de funcţionare, cores- punzătoare poziţiei punctului C – extremitatea caracteristicii dinamice – fig. 1.7:

   Regimul subexcitat , în care extremitatea C nu ajunge pe linia critică iar impulsul decurent este sinusoidal. In acest regim: maxc C U E  .

   Regimul supraexcitat , în care extremitatea C ajunge şi se deplasează pe linia LC iarimpulsul de curent are în vârf o crestătur ă. Se deosebesc:

►  regimul u şor supraexcitat  – crestătura curentului anodic nu ajunge pe abscisă şi

maxc C U E   

►  regimul greu supraexcitat  – crestătura curentului anodic ajunge pe abscisă şi

maxC c E U  , min 0C U     

Uneori, regimul la limita subexcitat – supraexcitat se numeşte regim critic şi esetimportant, deoarece adesea este cel mai avantajos energetic.

Aplicaţia determină regimul în care trebuie să lucreze tranzistorul:  Când este necesar ca tensiunea de ieşire să varieze propor ţional cu tensiunea de intrare,

trebuie utilizat regimul subexcitat – cazul tipic este al ARF de semnal cu MA.

Fig. 6.7. Influenţa sarcinii asupra caracteristicii dinamice, a formei curentului şi a regimului de funcţionare

A D1   D2   D3   D4   uC 

B4 B3 B2 B1

 I  BmaxC1C2

C3

C3

i C  LC

tan(φ) = S d  φ 

C4

uC 

ωt  

 E C

 E C

ωt 

i C

 – π/2 0 +π/2

i C 1i C 2 

i C 3 

i C 4 

0

 I C max 1

U c1   U   C  m   i  n   4

     U   C  m   i  n   3

     U   C  m   i  n   2

     U   C  m   i  n   1

   U   C  m  a  x   4

     U   C  m  a  x   3

     U   C  m  a  x   2

     U   C  m  a  x   1

 I  B 3   I  B 4 

C3

C4  0

C4

 I C max 2

 I C max 3  I C max 4

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

12/22

  113

  Când ARF este cu sarcină constantă şi f ăr ă MA, regimul trebuie să fie critic sau uşorsupraexcitat deoarece în aceste regimuri se pot obţine randamente mari.

  Când ARF trebuie să debiteze pe sarcini variabile sau este un etaj cu MA pe colector,regimul trebuie să fie uşor supraexcitat, pentru a se asigura nivel de ieşire constant sauliniar variabil cu E C  

 

Regimul greu supraexcitat este dezavantajos din toate punctele de vedere şi se evită.

Discuţia de mai sus relevă importanţa, din punct de vedere energetic, a regimului defuncţionare al tranzistorului, faptul că acesta este determinat de sarcină ( R Lech).

Având în vedere discuţia de la punctul 1.1.2.b, se va considera regimul neliniar cusemiunghiul de deschidere θ c = 60º ... 90º şi se va evalua variaţia puterii absorbite ( P 0), puteriiutile ( P  L) şi a randamentului (η) când variază  R Lech.

   Puterea absorbit ă este: 0 0 0 max( )C C c C C   P E I I E  .

In regim subexcitat, când R Lech creşte: I C max scade lent, θ c variază puţin →  P 0 scade lent.In regim supraexcitat, când R Lech creşte: I C max scade rapid, θ c scade puţin dar apare

crestătura care determină reducerea I C 0 →  P 0 scade rapid.   Puterea util ă este: max max 1 max max0,5 ( ) L c c c C c C  P U I I U E   

In regim subexcitat, când R Lech creşte: I C max scade lent, θ c variază puţin, dar U cmax  creşterapid → deci P  L creşte rapid.In regim supraexcitat, când R Lech creşte: I C max scaderapid, θ c scade puţin dar apare crestătura care deter-mină reducerea α1(θ c) şi deci a lui I cmax , iar U cmax  creşte lent → deci P  L scade rapid.In consecinţă, există un maxim al P  L în regim lalimita regim subexcitat – supraexcitat sau foarte uşorsupraexcitat.

Mai important, în regim critic şi uşor supraexcitat,căderea de tensiune pe tranzistor ajunge la saturaţie,deci mică, iar puterea disipată pe tranzistor scade.

   Randamentul  este:0 L

 P P   şi creşte cu R Lech în

regim subexcitat, atinge un maxim în regim foarte

uşor supraexcitat şi scade în regim supraexcitat.Diferenţa puterilor este puterea disipat ă pe tranzistor   P  P , care nu trebuie să 

depăşească valoarea admisă de dispozitiv (pentru condiţii de r ăcire date):

0 P u P P P    (1.18)

6.2.7. Clasele de funcţionare ale tranzistorului în regim armonic

Se obişnuieşte ca diversele regimuri de funcţionare ale tranzistoarelor în ARFP cufuncţionare armonică să fie numite clase; acestea sunt: A, AB, B şi C. In regimurile armonice,curentul de ieşire este, cel puţin aproximativ, o por ţiune de sinusoidă iar excitaţia se realizea-ză cu semnal armonic.

  Regimul de funcţionare în clasă A este atunci când unghiul de conducţie 2θ c este 2π).Acesta este regimul liniar în care punctul static de funcţionare (PSF) este situat înregiunea activă, tranzistorul nu ajunge în blocare.

ARFP cu tranzistoare în clasă A se folosesc când este necesar ă amplificare liniar ă, cudistorsiuni mici, cum este cazul semnalelor cu modulaţie de amplitudine şi, mai rar, al

Fig. 6.8. Variaţia P 0, P u, η în funcţie desarcină ( R Lech)

 P 0

η 

 P  L 

 P  P  

 R Lech 

i C 

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

13/22

  114

 preamplificatoarelor (etaje precedente ARFP de mare putere). Randamentul redus

(maxim teoretic 50%, real sub 35%) şi necesitatea unor disipatoare de căldur ă eficiente pentru tranzistoare sunt marile dezavantaje ale acestor circuite.

ARFP în clasă A utilizeaza de regulă configuraţia cu un singur dispozitiv activ (singleended).

  Regimul de funcţionare în clasă AB, este atunci când unghiul de conducţie 2θ c este întreπ şi 2π ( 2 2

c ). Aceasta este un regim neliniar, în care, în lipsa semnalului,

tranzistorul conduce un curent de ieşire (de colector în cazul TB) mic, dar în semnalajunge în blocare – fig. 1.12. PSF este în regiunea activă dar aproape de cot (de blocare).

  Regimul de funcţionare în clasă B, este atunci când unghiul de conducţie este egal cu π ( 2

c ). Aceasta este un regim neliniar, în care, în lipsa semnalului, tranzistorul nu

conduce, dar este la limita dintre conducţie şi blocare – fig. 1.12; PSF chiar pe cot.

ARFP cu tranzistoare în clasă AB (2θ c = 90o·... 120o) şi în clasă  B (2θ c = 90

o) asigur ă o eficienţă energetică rezonabilă (60% ... 75% în circuitele reale), dar semnalul este

 bogat în armonice. Din discuţia din §1.1.3 a reieşit că randamentul mai mare şi mai ales

 putere disipată pe tranzistor mai mică, se obţin dacă dispozitivul funcţionează în regimcritic sau uşor supraexcitat – cu dezavantajul introducerii unor distorsiuni neliniare(amplificarea devine neliniar ă).

De regulă, aceste clase se utilizează în ARFP în contratimp (push-pull).

  Regimul de funcţionare în clasă C , este atunci când unghiul de conducţie este mai micdecât π ( 2

c ). Aceasta este un regim neliniar, în care, în lipsa semnalului, tranzisto-

rul este blocat – fig. 1.12; PSF este în regiunea de blocare, în dreapta cotului. Ca urmare,

semnalul este bogat în armonice. Randamentul este destul de bun (75% ... 85% în

circuitele reale) mai ales cu dispozitivul în regim critic – uşor supraexcitat, situaţie încare se introduc distorsiuni neliniare.

De regulă, clasa se foloseşte în ARFP cu une singur dispozitiv activ.

Fig. 6.9. Clasele de funcţionare ale tranzistorului în ARFP cu excitaţie armonică: a – clasă A, b – clasă AB,c – clasă B, d – clasă C (punctul A – punctul static de funcţionare)

2θ c 

i C   i C

A

B

C

0  E C   uC   0   π  2π  ωt  

i C   i C 

A

B

C

0   U C min   E C    U C max -θ c  0 +θ c  π  2π  ωt 

-π /2 +π /2

D

  a b

i C   i C

0  C min  E C   U C max

A

B

C

D

-θ c  +θ c

-π /2 0 +π /2  ωt 

i C   i C

0   C min   E C    U C max

DAB

C

-θ c  +θ c  ωt 

-π /2 0 +π /2 

c d

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

14/22

  115

  Funcţionarea în clasă A, AB, B sau C presupune că excitaţia dispozitivului activ seface cu semnal armonic – de aceea, adesea aceste circuite se numesc ARFP cu excita ţ ie

armonică. Chiar dacă curenţii şi tensiunile de pe electrodul de comandă (bază, grilă), sunt maimult sau mai puţin deformate, semnalele r ămân por ţiuni de sinusoidă, eventual deformateexponenţial. Semnalele de la ieşire (pe colector sau drenă) sunt de asemenea fragmete de

sinusoidă, adesea mult deformată. Din aceste motive, pe o durată semnificativă din perioadasemnalului, atât tensiunea cât şi curentul pe tranzistor sunt mari, deci pierderile de putere suntmari (randamente peste 80% se obţin cu dificultate) şi aceste pierderi se disipă pe dispozitiv.In consecinţă sunt necesare sisteme de evacuare a căldurii, adesea mari, grele şi scumpe. greuse pot obţine randamente peste 80% ... 85%.

Toate aceste dezavantaje au dus la căutarea unor amplificatoare cu eficienţă energetică mare, în care puterea disipată pe tranzistoare este mică (sub 5% din puterea utilă), eventual şicu randamente mari. Aceste ARFP sunt de regulă cu tranzistoare în comutaţie

6.3. Principiile radiorecepţiei

6.3.1. Introducere

Un radioreceptor   este un sistem capabil să  capteze energia undelor electromagnetice(EM) modulate, purtătoare a unui semnal util, să extragă semnalul util şi să-l furnizeze la ieşiresub o formă convenabilă pentru utilizator.

Pentru a-şi îndeplini funcţiile, un radioreceptor trebuie să includă:  un sistem de recepţie a undelor EM care să transforme energia acestora în oscilaţii de curent şi

tensiune; acest rol în îndeplineşte antena de recep ţ ie – fig. 6.5;

 

un amplificator , necesar deoarece energia EM captată este foarte mică;  un detector  (demodulator) pentru extragerea semnalului util din semnalul modulat;

  un bloc de prelucrare finală  a semnalului util (poate fi un amplificator de audiofrecvenţă, blocul video în recepţia TV, un ansamblu de prelucrare a datelor);

  un bloc de alimentare.

6.3.2. Principalele caracteristici ale radioreceptoarelor

Un radioreceptor (RR) este caracterizat printr-un mare număr de indici calitativi, dintrecare mai importanţi sunt: frecvenţa/frecvenţele sau gamele frecvernţelor de funcţionare, sensibili-tatea, selectivitatea, fidelitatea, gama dinamică a semnalului de intrare.

1. Frecvenţele/gamele frecvenţelor de lucru  reprezintă  frecvenţele sau intervalele defrecvenţă de RF în care RR poate asigura recepţia normală a semnalelor.

semnalutilizabil

semnalutil

semnal RF(i , u)

DETECTORBLOC

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

AMPLI.

   A   N   T   E   N   A  unde EM

( E, H )

Fig. 6.10. Schema bloc generală a unui radioreceptor

Bloc de alimentare

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

15/22

  116

  Există:  RR cu una sau câteva frecvenţe de lucru, fixe, comutabile, de regulă  pentru radiolegături

(radiotelefonie), comunicaţii locale între câţiva corespondenţi;  RR cu una sau mai multe game extinse, cu frecvenţele de lucru reglabile în trepte (paşi) sau

continuu, cum sunt RR pentru radiodifuziune.

Domeniul de frecvenţe utilizate în radiocomunicaţii s-a extins foarte mult: de la 30 – 50Hz(radiolegături submarine) la circa 40-60GHz (comunicaţii militare şi prin sateliţi).

2. Sensibilitatea este calitatea RR de a recepţiona semnale slabe. Se defineşte o sensibilitate absolut ă şi o sensibilitate limitat ă de zgomot .

 Sensibilitatea absolut ă este nivelul minim de semnal în antenă care asigur ă la ieşirea RRun semnal util cu un nivel impus (standard).

In funcţie de tipul (categoria) RR, sensibilitate exprimă:  Intensitatea câmpului electric (V/m, mV/m, μV/m) al undei EM modulate cu nivel de

modulaţie şi semnal util standard, care produce o putere standard la ieşire.De exemplu, pentru RR de radiodifuziune cu MA, se foloseşte undă  EM modulată  cu 400Hz, 800Hz  sau1000Hz şi m = 0,3 care produce semnal audio de 50mW în difuzor.

  Valoarea eficace a tensiunii (mV, μV) unui semnal modulat standard, care introdus prin antenă standard (model fizic al antenei de recepţie) produce puterea stadard la ieşire. De exemplu, în recepţia de radiodifuziune cu MF se foloseşte semnal RF cu MF, cu deviaţia de frecvenţă  Δ f  =15kHz realizată de semnal AF de 400Hz, 800Hz sau 1000Hz.

  Puterea undei EM (mW, μW, nW, dBm, dBμ) aplicată în antenă care produce nivel (putere,tensiune pe sarcină dată) standard la ieşirea amplificatorului de RF sau într-un punct anume allanţului de amplificare din RR. Acesta este cazul RR pentru comunicaţii spaţiale, de exemplu.

Sensibilitatea absolută nu ţine seama şi de zgomotul suprapus, care poate face imposibilă recunoşterea semnalului util.

Aprecierea corectă  a capacităţii de recepţie a semnalelo slabe se face cu sensibilitatealimitat ă de zgomot  care reprezită nivelul minim de semnal la intrare capabil să producă un nivelde semnal util standard în condiţii de raport semnal – zgomot standard la ieşire.

De exemplu, un RR de radiodifuziune cu MA poate avea sensibilitatea absolută  S  A = 1μV/m în condiţii de S / Z  =3dB. Aceasta nu serveşte la nimic, deoarece la acest nivel de intrare în difuzor se aude numai zgomot. Acest RRare sensibilitatea limitată de zgomot S  LZ  = 100μV/m la S / Z  = 20dB, condiţii în care audiţia este clar ă. Alt RR poateavea S  A = 10μV/m şi S  LZ  = 50μV/m la S / Z  = 20dB; evident, acest RR este preferabil primului.

3. Selectivitatea  este însuşirea RR de a separa

semnalul dorit din multitudinea semnalelor de RF dinmediu. Aprecierea selectivităţii se face cu ajutorulcaracteristicii de selectivitate care reprezintă dependenţasemnalului la ieşire în funcţie de frecvenţa purtătoareisemnalului de intrare (cu tip şi caracteristici de modulaţieconstante).

Ideal, caracteristica de selectivitate ar trebui să fie: rectangular ă, cu lărgimea egală  cu lărgimeaspectrului semnalului, centrată  pe frecvenţa alocată  (a

 purtătoarei) şi simetrică – fig. 6.11. Caracteristicile reale

nu pot fi rectangulare, au formă de clopot. Dacă această caracteristică este largă, se include întregul spectru al semnalului dar sunt recepţionate şi semnale

spectru semnal

RF modulat

caract. ideală

Q mare 

Q mediu

Q mic

  f 0   f  purt ătoare

Fig. 6.11. Caracteristici de selectivitate

nivel ieşire

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

16/22

  117

nedorite; dacă este îngustă, o parte din armonicele semnalului sunt rejectate şi semnalul util estedistorsionat. Este necesar un compromis între cerinţele de fidelitate şi de selectivitate; se încearcă relizarea unei caracteristici cât mai apropiată de ideal.

Aprecierea cantitativă a selectivităţii se face cu:  Banda la –3dB ( B-3dB) reprezentând intervalul de frecvenţe în care modulul caracteristicii de

transfer (de regulă în tensiune) a receptorului scade de la valoarea maximă  H max  la 0,707 H max ,

max 2 H  , sau cu 3dB în reprezentare logaritmică. Factorul de calitate al unui circuit trece bandă tip LC se defineşte ca fiind:

0 3dBQ f B

.

  Banda la o atenuare  A  dată:  B A  ( A  = –12 ... –20dB), care, împreună  cu  B-3dB, serveşte laaprecierea rectangularităţii caracteristicii (coeficientul K r = B A/ B-3dB, cât mai aproape de 1).

  Atenuarea la o distanţă în frecvenţă  Δ f  dată faţă de frecvenţa de acord A f , care indică rejecţiasemnalelor altor emiţătoare; în cazulradiodifuziunii, al recepţiei în benzi, această 

frecvenţă este distanţa dintre două canaleadiacente (9/10kHz în MA şi MF de bandă îngustă, 300kHz în MF de bandă largă).De exemplu, un RR MA poate avea:

 B –3dB = 6kHz, B –12dB = 7kHz (deci K r = 7/6 = 1,167,

foarte bun) atenuarea canalului adiacent  (la  Δ f   =

9kHz) A9kHz = 40dB).

3. Fidelitatea unui RR caracterizează măsura în care semnalul util la ieşire reproduce semnalul util conţinut în semnalul de la intrare.

De la sursă până la receptor, semnalele utile sunt prelucrate şi se propagă în circuite şimedii mai mult sau mai puţin liniare şi selective, în prezenţa a nenumărate semnale nedorite - perturbaţii, astfel că  semnalul recepţionat nu este asemenea cu cel furnizat de sursă  – estedistorsionat . Aceasta înseamnă că, în domeniul timp şi în domeniul frecvenţă nu sunt realizaterelaţiile: srecep ţ ionat (t) = const.·semis(t) şi S rec( ω ) = const.·S emis( ω ).

Cauzele distorsiunilor sunt diverse, complexe, mai ales în cazul semnalelor modulate,

întotdeauna utilizate în telecomunicaţii. Printre principalele fenomene producătoare dedistorsiuni sunt:

1.   Neliniarităţile caracteristicilor amplitudine – frecvenţă  ale circuitelor şi canalelor, caredetermină diferenţe între nivelele componentelor spectrale ale semnalelor de ieşire faţă decele de intrare.

2. 

 Neliniarităţile caracteristicilor fază – frecvenţă ale circuitelor şi canalelor, care determină diferenţe între fazele componentelor spectrale ale semnalelor de ieşire faţă  de cele deintrare.. De fapt, aceasta înseamnă că întârzierile realizate de dipor ţi – circuite şi canale decomunicaţie, sunt dependente de frecvenţă.

3.   Neliniarităţile caracteristicilor de transfer ale circuitelor, adică  dependenţa neliniar ă  anivelului semnalului de ieşire de nivelul semnalului de intrare. Fenomenul determină, pelângă distorsionarea semnalului şi fenomene de intermodulaţie.

4. 

Interferenţele cu semnalele modulate sau nu, reflectate sau produse de alte surse.5.  Efectele zgomotelor, manifestate tot prin interferenţe.

O clasificare uzuală  a distorsiunilor, în funcţie de cauzele apariţiei, le împarte în:distorsiuni de neliniaritate (neliniare) şi de liniaritate (liniare).

 B –3dB

 B A 

dB  A  0 –3

A

 f 0   f 

Fig. 6.12. Atenuări la caracteristica de selectivitate

 Δ f  

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

17/22

  118

   Distorsiunile neliniare  apar datorită  neliniarităţii caracteristicii de transfer, adependenţei neliniare a nivelului r ăspunsului (amplitudine, valoare eficace) de nivelul intr ării

 – fig. 5.4. In cazul în care caracteristicile intrare – ieşire sunt identice pentru toate frecvenţeledin spectrul semnalului, distorsiunile apar numai din cauza neliniarităţii. Principalul efect al

neliniarităţii constă  în apariţia de noi componente spectrale (armonice), inexistente însemnalul de intrare. Aceste componente pot interfera ce unele componente deja existente –

efectul se numeşte intermodula ţ ie. Distorsiunile liniare  apar datorită  neidentităţii caracteristicilor de transfer la diferite

frecvenţe din spectru. In acest caz, componentele spectrale ale semnalului sunt modificatediferit: în amplitudine – apar distorsiuni liniare de amplitudine şi/sau în fază – apar distorsiuniliniare de fază. In ambele cazuri, r ăspunsul nu mai este asemenea intr ării. Asemeneadistorsiuni apar indiferent dacă dependenţa nivelelor ieşire – intrare este liniar ă sau nu.

Clasificarea de mai sus este convenţională, distorsiunile fiind rezultatul atât alneliniarităţilor cât şi al imperfecţiunilor caracteristicilor de frecvenţă.

Aprecierea cantitativă  a distorsiunilor este în general dificilă, nu există un procedeuuniversal aplicabil, pentru orice tip de semnal şi/sau orice tip de circuit. Frecvent, apreciereacantitativă  a distorsiunilor se face aplicând la intrarea sistemului semnal sinusoidal cu frec-venţă variabilă (sau modulat cu o sinusoidă):  Măsurând amplitudinile (sau valorile eficace) ale armonicelor datorate neliniarităţilor la o

frecvenţă şi un nivel de semnal de intrare sau ieşire precizate, se determină coeficientul dedistorsiuni armonice:

...

...100100

23

22

21

23

22

 

U U U 

U U 

 P 

 P d 

total 

armonice  (%)(U 1, U 2, ... – amplitudini sau valori

eficace)

a bFig. 6.13 Apariţia distorsiunilor neliniare, datorate neliniarităţii carateristicii de transfer:

a – funcţionarea în regiunea liniar ă; b - funcţionarea în regiunea neliniar ă 

0 

i

i

ωt

ωt 

0  0

i 

i 

ωt 

ωt

0 

H(ω)1

0,5

  ω1  ω2  ω t

sin(ω) sin(ω1) sin(ω2)

t

sout(ω) sout(ω1) sout(ω2)

Fig. 6.14. Apariţia distorsiunilor liniare, datorate valorilor variaţiei funcţiei de transfer cufrecvenţa

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

18/22

  119

  Trasând caracteristicile amplitudine/fază – frecvenţă, eventual precizând numai banda la – 3dB şi neliniaritatea caracteristicilor în bandă.

4. Gama dinamică a semnalului de intrare reprezintă raportul dintre nivelele maxim şiminim ale semnalului de intrare care la care se asigur ă recepţia la indicii calitativi precizaţi:

min

max

min

max log20log10U 

U 

 P 

 P  Dinamica

 

 (dB)

Este de dorit ca dinamica să fie cât mai mare, pentru a se asigura la fel de bine recep ţiaemiţătoarelor din apropiere şi a celor aflate la distanţe mari.

6.3.3. Principalele tipuri de radioreceptoare

Se cunosc mai multe tipuri de RR: cu amplificare directă, cu reacţie şi superreacţie şi cu

schimbare de frecvenţă (heterodinare).

6.3.3.1. Receptoare cu amplificare directă 

In RR cu amplificare directă, semnalul de RF modulat, este selectat cu circuitele selectivede intrare şi se aplică  amplificatorului de RF (ARF) şi apoi demodulatorului care furnizează semnalul util, prelucrat ulterior în funcţie de natura sa – fig. 6.9.

Acesta a fost tipul de RR utilizat la începuturile radiotehnicii pentru transmisii cu MAIn forma cea mai simplă, era format numai din antenă, eventual un circuit selectiv LC, un detector de anvelopă cudiodă (cu cristal de galenă şi fir din oţel) şi o cască pentru audiţie (care realiza şi filtrarea).

Acest tip de RR are numeroase dezavantaje, printre care:

  este dificilă realizarea unei amplificări mari (imposibilă evitarea reacţiilor necontrolate);  este greu de realizat selectivitatea, mai ales în cazul recepţiei în game extise;

 

selectivitatea şi sensibilitatea variază foarte mult în cazul recepţiei în game extinse.Din aceste motive, RR cu amplificare directă se folosesc foarte rar, numai pe frecvenţe

fixe şi până la cel mult 10MHz.

(JF)(JF)(RF) (RF)(RF)

Ampli.

semnal util DEMODULATOR 

Circuiteselective

ARF

Fig 6.9. Schema bloc a RR cu amplificare directă 

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

19/22

  120

  6.3.3.2. Receptoare cu reacţie şi superreacţie

Pentru recepţia semnalelor cu MA se pot folosi şi RR cureacţie (Regenerative receiver) şi cu suprereacţie (Super-regenerative receiver).

Dacă  în schema din fig. 6.9 se introduce o reacţie pozitivă  subunitar ă  la ARF, se îmbunătăţesc sensibilitatea şiselectivitatea. – se obţine un RR cu reacţie – fig. 6.10. Inschimb, apare instabilitate, necesitatea reglării nivelului reacţiei.

In cazul RR cu suprareacţie, reacţia pozitivă  estesupraunitar ă  (supracritică). ARF (uzual un simplu tranzistor)oscilează pe o frecvenţă  supraaudibilă (40 - 100kHz), în ritmulcăreia se produc si dispar oscilaţiile de RF pe o frecvenţă foarteapropiată de a semnalului de RF de intrare. Semnalul de intrare,cu frecvenţă  foarte apropiată  de frecvenţa de rezonanţă  acircuitului selectiv din oscilatorul de RF, amorsează oscilaţiile

de RF; acestea există  pe o durată  din una din semiperioadelesemnalului supraaudibil. Durata oscilaţiilor de RF – uneori şi amplitudinea, variază în funcţie denivelul semnalului de RF de intrare. Curentul mediu prin dispozitiv reproduce nivelul semnalului

de intrare. Aceste RR pot avea amplificări foarte mari (peste 106) şi selectivităţi foarte bune, darau funcţionarea nesigur ă şi sunt zgomotoase.

In prezent, aceste tipuri de RR mai

sunt folosite numai de radioamatori.

6.3.3.3. Receptoare reflex

RR reflex sunt receptoare în care

acelaşi dispozitiv activ este folosit atât pentruamplificarea semnalului de RF cât şi a celuide JF – de fapt a semnalului audio. Pentru

aceasta, semnalul AF este reinserat în intrarea

dispozitivului amplificator. Un exemplu este

în fig. 6.11: după detecţie, semnalul estetrodus în baza lui Q1, semnalul AF este

amplificat şi apoi aplicat la Q2.RR reflex sunt foarte economice (consumă  puţin, au puţine piese) dar sunt instabile şi

acordabile în benzi înguste.

6.3.3.3. Receptoare cu conversie directă 

RR cu conversie directă (numite şi homodină, sincrodină, RR cu frecvenţă intermediar ă zero) utilizează demodularea coerentă: semnalul de intrare este aplicat la un multiplicator (modu-lator dublu echilibrat) la a cărui a 2-a intrare se aplică semnal de purtătoare ref ăcută. Principiul defuncţionare a fost expus în cap. 2, pg. 31: semnalul la ieşirea demodulatorului este de forma:

0 0 0( ) 1 cos cos cos(2 )d d u t U m t t    

 

din care, cu FTJ, se separ ă semnalul de JF:

0 0 0( ) (1 cos )cos cos cos cos JF d d d u t U m t U U m t    

Procedeul impune refacerea purtătoarei cu defazaj practic zero, ceea ce este posibil numai

folosind PLL. Acesta este un dezavantaj important deoarece: (1) PLL funcţionează prost când are

 ANTENNA

0

+

0

SPEAKER

T1

0

VCC

0

0 0

Q1

reacţie pozitivă 

Fig. 6.10. Schema de principiu a RR

cu reacţie şi superreacţie

Fig. 6.11. Schema unui RR reflex

(http://www.tricountyi.net/~randerse/reflex.htm)

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

20/22

  121

FTB de bandă îngustă la intrare, (2) PLL funcţionează foarte prost cu semnal MA la intrare şi (3)PLL care să acopere benzi largi de semnal de intrare sunt greu de realizat.

In plus, un dezavantaj serios constă în existenţa componentei de c.c. mare faţă de semnalulutil care uşor poate introduce circuitele în saturaţie.

Cu toate dezavantajele, procedeul s-a r ăspândit odată cu dezvoltarea tehnologiei circuite-

lor integrate şi cu aceasta a realizării PLL cu deosebire în sistemele de radiocomunicaţii digitale încare a devenit practic cel mai r ăspândit procedeu de demodulare a semnaleor cu FSK şi PSK. Esteadevărat însă, ca demodulatoarele de acest tip se folosesc în RR tip superheterodină.

6.3.3.4. Receptoare cu schimbare de frecvenţă 

In prezent, RR cu schimbare de frecvenţă  sunt de departe cele mai folosite, deoarecesatisfac toate cerinţele de selectivitate, sensibilitate, gamă dinamică mare etc.

Schema bloc a RR cu schimbare de frecvenţă este ca în fig. 6.12.Semnalul de intrare cu frecvenţa  f  S , este selectat cu circuitele de intrare (Cin) selective,

amplificat într-un amplificator de RF (ARF) selectiv şi introdus într-un mixer. Al doilea semnal

aplicat mixerului provine de la oscilatorul local (OL) cu frecvenţa f OL. Semnalul furnizat de mixerse aplică unui amplificator selectiv acordat pe frecven ţ a intemediar ă  f  I . Urmează demodularea şi

 prelucrarea semnalului util, de joasă frecvenţă.Dacă  f  S  este frecvenţa semnalului de intrare, la ieşirea mixerului se obţine, în general, un

semnal care include în spectru componenete cu frecvenţele  S OL nf mf      (m, n = 0, 1, 2, ...).

Dintre aceste componente, AFI, de bandă îngustă, amplifică numai pe cele care au frecvenţa egală cu frecvenţa intermediar ă  f  I . De regulă, este selectată una dintre componentele:

 S OL I   f  f  f    sau  S OL I   f  f  f   

Aşadar, dintre toate semnalele de la intrare, numai cele cu frecvenţa satisf ăcând relaţiile:

 I OL S   f  f  f     – regimul de supraheterodină  ( f OL > f  S  )

 I OL S   f  f  f  

 – regimul de infradină  ( f OL 

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

21/22

  122

3. 

Filtrele de frecvenţă intermediar ă funcţionează pe frecvenţă centrală fixă şi pot fi realizate cucaracteristică apropiată de aceea ideală (maxim plat, flancuri abrupte, simetrie bună).

Dintre dezavantaje, mai importante sunt:

1.  Schema este mai complicată.2.  Există posibilitatea apariţiei r ăspunsurilor parazite, adică pot fi recepţionate semnale cu alte

frecvenţe decât aceea dorită.3.  Este necesar monoreglajul circuitelor selective de intrare şi ale oscilatorului local, ceea ce nu

este întotdeauna uşor.Frecvenţa intermediar ă se alege:

  în afara benzilor de lucru, cât mai departe de acestea (orice semnal cu f  I  este amplificat);

  destul de mare pentru o rejecţie bună a frecvenţei imagine;  destul de mică pentru a se putea realiza filtre cu caracteristică apropiată de aceea rectangular ă şi cu selelctivitate bună faţă de cananlele adiacente.

In radiodifuziunea cu MA f  I  = 455kHz (banda de trecere a AFI este în jur de 6 – 8kHz)iar în MF f  I  = 10,7MHz (banda de trecere 200 – 300kHz)

Frecvenţa imagine.

La ieşirea mixerului apar semnale (componente spectrale) cu frecvenţele  S OL nf mf     

din care sunt selectate cele cu f  I . Dar, semnale cu f  I  apar pentru 2 frecvenţe de semnal de intrare:

 I OL S   f  f  f    şi  I OL S   f  f  f   1 ; ambele semnale (cu  f  S  şi  f  S 1) determină  r ăspuns la ieşirea

AFI. care nu poate în nici un mod să le separe. Urmarea este că la demodulator se aplică semnalulrezultat în urma interferenţei celor două semnale; rezultă o perturbaţie inacceptabilă.

Dacă se consider ă regimul de superheterodină, semnalul cu  I OL S   f  f  f    este cel dorit.

Semnalul cu  I  S  I OL S   f  f  f  f  f  21   se numeşte  semnal cu frecven ţă  imagine  (semnal

imagine) şi este perturbator.

Rejecţia semnalului imagine se poate realiza numai în circuitele selective de pe calea deRF (Cin şi ARF). Aceste circuite au selectivitate slabă şi de aceea frecvenţa intermediar ă trebuiesă fie destul de mare pentru ca atenuarea imaginii să fie suficientă în Cin şi ARF. Pe de altă parte,

 f  I  nu poate fi prea mare deoarece devine dificilă realizarea AFI (lărgimea benzii de trecere devine prea mică faţă de frecvenţa centrală). Când este necesar ă o atenuare mare a frecvenţei imagine,nerealizabilă  în Cin şi ARF, se procedează  la o dublă schimbare de frecvenţă: prima frecvenţă intermediar ă este mare pentru realizarea rejecţiei frecvenţei imagine (de exemplu 10,7MHz) iar adoua frecvenţă intermediar ă este mică pentru realizarea selectivităţii faţă de canalele adiacente (deexemplu 455kHz).

Monoreglajul

Ciruitele selective de intrare (Cin şi ARF) trebuie să fie acordate pe o frecvenţă de acord f  A egală sau foarte apropiată de frecvenţa semnalului dorit f  S . Pe de altă parte, circuitele oscilato-rului local trebuie acordate pe f OL care să satisfacă relaţia  I  S OL  f  f  f    (sau  I  S OL  f  f  f    la

infradină). Este necesar ca, din acelaşi element de comandă – buton, tastatur ă, ..., să se controlezeacordul la toate cele trei blocuri (Cin, ARF şi OL), adică să se realizeze monoacordul . Monoacor-dul pe diferite frecvenţe se poate face:  folosind condensatoare variabile, cu 2 sau 3 secţiuni pe acelaşi ax;  cu bobine cu inductanţă variabilă (variatoare sau variometre) cu 2 sau 3 secţiuni comandate de

acelaşi element mecanic;  cu ajutorul a 2 sau 3 diode varicap cărora li se aplică tensiune (inversă) controlată de un poten-

ţiometru (reglaj continuu) sau de la un convertor digital analog (CDA, CNA), controlat de un bloc logic (reglaj în trepte);

8/18/2019 IRC_6-RE+RR_V2

22/22

  folosind diode varicap în Cin şi ARF, controlate digital (de la ieşirea CNA) şi sintetizor defrecvenţă în OL, totul controlat de la acelaşi bloc logic (controler, ASIC).

Dacă  gama frecvenţelor de intrare este restrânsă, adică  1minmax    S  S  S   f  f    sau

2minmaxminmax  S  S  S  S   f  f  f  f    , banda de trecere a Cin şi ARF este destul de mare pentru

ca monoacordul să nu mai fie necesar: element reactiv variabil se introduce numai în circuitelerezonante ale OL.De exemplu, extensia de bandă de 27m  din gama undelor scurte este în intervalul 13,8 – 14,0MHz.Pentru un Q realizabil de circa 40, rezultă o bandă  la –3dB de circa 347kHz, mai mare decât bandaalocată gamei; evident, nu este necesar ă acord variabil în Cin şi ARF în această gamă.

Considerând  S  A  f  f    diferenţa  I  AOL  f  f  f      trebuie să  se menţină  aceeaşi în toată 

gama de frecvenţe de intrare – se spune că circuitele de intrare şi ale oscilatorului sunt aliniate.Dar coeficientul de acoperire al circuitelor de intrare (γ S ) şi al circuitelor oscilatorului local (γ S )difer ă:

 I  S 

 I  S 

OL

OLOL

 S 

 S  S 

 f  f 

 f  f 

 f 

 f 

 f 

 f 

 

min

max

min

max

min

max

 

Uneori, γ S  este mare şi greu de realizat. Alinierea nu se poate face f ăr ă erori la toate frecvenţeledintr-o gamă  extinsă şi, dacă Cin şi ARF au banda îngustă, comparabilă cu lărgimea spectruluisemnalului, fie acesta este atenuat fie caracteristica de selectivitate globală apare asimetrică, ceeace introduce distorsiuni.