7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

1/22

102

Capitolul 6

Radioemitoare i radioreceptoare

6.1. Tipuri de radioemitoare. Scheme bloc.

In prezent, radioemitoarele (RE) sunt de o foarte mare diversitate. Clasificarea RE sepoate face din numeroase puncte de vedere.

a. Din punct de vedere alputerii de emisie, al puterii radiate de antenPr, sunt:

RE cu razmicde aciune (SRD Short Range Devices), cuPr < 25mW (10mW); RE de foarte micputere, cuPr< 3W, RE de micputere, cuPr= 3 ... 100W, RE de medie putere, cuPr= 100 ... 3000W,

RE de mare putere, cuPr= 3 ... 1000kW,

RE de foarte mare putere, cuPr> 1000kW,

b. Din punct de vedere al destinaiei exist:

RE pentru radiodifuziune sonori TV, cu puteri de la 100W la peste 1MW; RE pentru (radio) telefonia mobil (sisteme radio celulare), cu puteri sub 0,5W la

sistemul portabil i 10 ... 25W la staiile de baz; RE pentru telefoanele "frcordon" (cordless); RE pentru radiolegturi bilaterale n fonie i date (radiotelefoane), cu puteri de 0,1 ...

5W la staiile portabile pnla 5 ... 25W la cele fixe sau mobile (pe vehicule); RE pentru identificare n radiofrecven(RFID), cu puteri de 1 ... 5W la cititoare; RE pentru radiorelee, uzual de 5 ... 10W;

RE pentru comunicaii prin satelii, cu puteri de 100 ... 3000W pe satelit i de 1 ...

10kW pentru staiile de sol; RE pentru reele de calculatoare i alte aplicaii tip SRD, cu puteri sub 25mW; RE pentru radiolegturi cu mijloace de transport aeriene i navale, de regulincluznd

comunicaii radiotelegrafice, de date i n fonie; RE pentru radionavigaie maritimi aerian, tip radiobalize i radiofaruri; RE pentru telecomandi radioghidaj; RE pentru utilizri industriale, casnice i medicale, cum sunt RE pentru nclzire i

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

RE pentru radiolocaie; RE pentru bruiaj.

RE pentru utilizri speciale exemple sunt: sistemele de comunicaie cu submarinele

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

c. Din punct de vedere al condiiilor de utilizare, exist:

RE terestre fixe (radiodifuziune, staii de baz n sistemele celulare, pentru radioreleeetc;

RE portabile (pentru sisteme celulare, radiotelefoane)

RE terestre mobile (pe vehicule);

RE pentru nave maritime i fluviale; RE pentru aeronave;

1Emitorul de semnal orar DCF77 este situat n Germania la Mainflingen (lngFrankfurt). Informaia orar

este datde un ceas atomic de la Institutul de Fizici Metrologie din Brunswick (foarte precis, abatere teoreticde 1 secundla 106ani). Puterea introdusn anteneste de 50 kW, iar puterea emiseste de 30kW. Serecepioneazdar nu prea binela peste 2800km, la Iai, la Kiev etc.

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

2/22

103

RE pentru satelii; RE pentru satelii cu alte utilizri; RE pentru rachete.

d. Din punct de vedere al modulaiei, se deosebesc:

o

RE cu modulaie analogic de amplitudine (MABLD / MARBL / MABLU);de frecven;Acestea, frecvent, pot transmite i date, cu modulaie ASK sau FSK.

o RE cu modulaie digital, de variate tipuri: FSK, PSK, ASK, OFDM.

Cu toatdiversitatea, pe partea de RF, majoritatea RE au schema bloc de tipul celordin figur. Diferenele majore apar la: (1) realizarea sistemului de control digital al semnaluluiutil, (2) sistemul digital de msur, control, semnalizare al prii de RF i (3) modalitateaconcretde implementare a diferitelor subansamble, care depinde de frecveni de putere.

Indiferent de tip, o serie de subansamble existn structura tuturor sau a majoritii

RE. Astfel, orice RE include:

ARFP

+ ModAmpli

SEMNAL AF

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

AMPLIFICARE

RF

OSCILATOR

PILOT

AJF

DE PUTERE

BLOC DE

ALIMENTARE

CONTROL SISTEM

(msur, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

RCIRE

ARFP

SEMNAL

UTIL(DATE,

SUNET)

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

ARF + MOD.

IN FAZ(MP, PSK, ...)

OSCILATOR

PILOT

BLOC DE

ALIMENTARE

CONTROL SISTEM

(msur, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

RCIRE

ARFP

SEMNAL UTIL

(DATE, SUNET)

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

DE JF

OSCILATOR +

MOD. FRECV.

(MF, FSK)

ARF

BLOC DE

ALIMENTARE

CONTROL SISTEM

(msur, semnalizare, blocare)

SISTEM DE

RCIRE

FSK

OCT ARFP

:128CP

FTJ

XTAL

OSC.

ASK

FSK IN ASK IN

a

d

c

b

Scheme bloc de radioemitoare: a RE de radiodifuziune cu MA; b RE cu modulaie de faz(radiotelefon); c RE cu modulaie de frecvendirect(radiodifuziune, radiotelefon), d RE tipic pentru

SRD (circuit integrat)

PLL multiplicator de frecven

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

3/22

104

o O surs de oscilaii de RF, care poate fi: un simplu oscilator pilotat cu rezonator fig.

6.1.a, eventual inclus ntr-un multiplicator (de regulcu PLL) fig. 6.1.d, sau un sintetizorinclus ntr-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 cror

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

cu undprogresiv), cu puteri de x(2 ... 1000)kW.o Un circuit de modulare, a crui structurdepinde de tipul modulaiei: (1) MA de putere

(analogicsau ASK) se realizeazntotdeauna n etajul final fig. 6.1.a, d; (2) MP (ana-logicpentru MF sau PSK) se realizeaz ntr-un etaj anume al lanului de RF ntre sursade oscilaii i ARFP fig. 6.1.c; (3) MF direct(analogicsau FSK) se realizeazn 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 admis i apoi aduce semnalul la forma potrivit modulrii. Deexemplu, n cazul RE de radiodifuziune cu MA, aceasta nseamnamplificarea pnla o

putere comparabilcu a ARFP final, n care se realizeazmodulaia. In cazul transmisiilordigitale a semnalelor analogice, subansamblul include convertorul AD i formatoarele deimpulsuri modulate n cod.

o Blocul de alimentare este un ansamblu cu complexitate dependent de puterea necesarRE. In cazul RE de puteri foarte mici este un simplu filtru, iar n cazul RE de mare putere

include transformatoare de reea ridictoare la 5 25kV, cu redresoare, filtre i stabiliza-toare, cu circuite de protecie, de msuri control.

o Sisteme de rcire sunt folosite cnd pe componentele active i pasive din circuitele deputere se disipputeri importante. Se folosesc: radiatoare pe tranzistoarele din etajele finali de alimentare, ventilatoare cnd rcirea radiatoarelor i a unor componente pasive seface cu aer, pompe de cldur pentru dispozitive semiconductoare de putere mare,sisteme de rcire cu appentru tuburi sau etaje tranzistorizate de foarte mare putere.

O componentexistentla toate RE estesistemul radiant,antena de emisie. Cuplareaantenei cu ARFP se face, practic frexcepie, prin circuite de adaptare selective, care nde-

plinesc 2 funcii: (1) reduc armonicele curentului n antenla/sub valorile permise de norme i(2) asiguradaptarea antenei la ARFP n sensul c (2.a)compenseazcomponeta reactivastfel ca fade sursa echivalenta ARFP circuitul de ieire apare pur rezistive i (2.b) trans-formrezistena de intrare n antenntr-o rezistenechivalentcu valoarea necesarpentruca ARFP sdebiteze puterea doricu randament bun.

In general, din motive de eficienenergetic, ARFP funcioneazn regim neliniar 6.2. Ca urmare, curentul este furnizat sub form de impulsuri aproximativ sinusoidale, cudurata mai micde o perioad, destul de deformate i ca urmare cu armonici mari. Acestea nutrebuie s fie radiate n spaiu curentul prin antena de emisie trebuie s fie aproximativsinusoidal, mai bine zis saibspectrul localizat n banda alocat.

Pe de altparte, eficiena emisiei trebuie sfie mare uzual, n etajul final se acceptrandamente de cel puin 70% - chiar din acest motiv se folosete att de frecvent regimulneliniar. O asemenea eficien, combinat cu condiia de a se debita puterea specificat, se

poate realiza numai dac impedan de sarcin a ARFP are anumite valori, ntr-un intervalfoarte restrns. Aceste valori nu sunt practic niciodat realizate de ctre anten. De aceea,ntre circuitul ARFP i antense interpune un circuit de adaptare rezonant.

Dacemitorul funcioneazpe o singurfrecvenfixsau pe frecvene apropiate, sepoate folosi un circuit de adaptare fix acesta e cazul majoritii echipamentelor de puteremic(SRD, radiotelefoane etc.). In cazul RE de mare putere, componentele nedorite trebuie

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

4/22

105

atenuate mult i se folosesc circuite de adaptare de bandfoarte ngust, de regulacordabile cazul RE de radiodifuziune; reacordarea se face fie la schimbarea condiiilor de radiaie, demediu, fie la schimbarea frecvenei de pruttoare..

Semnalul de RF este adesea vehiculat n mai multe etaje nainte de etajul final. Cupla-

jul dintre aceste etaje se poate face fie prin circuite de adaptare de bandngust, rezonante,(ca i cel fintre final i anten), fie prin circuite de adaptare de band larg, care realizeaznumai transformare de impedan (compensarea componentelor reactive se realizeaz cucircuite de compensare de bandlarg).

6.2. Regim liniar i neliniar n ARF6.2.1. Aspecte generale

Amplificatoarele de RF de putere n radioemitoare trebuie samplifice semnale mo-dulate, formate din purttoare i benzile laterale corespunztoare modulaiei. Banda ocupatde semnalBs, este mult mai micdect frecvena purttoareif0; uzualBs< (0,05 ... 0, 1)f0.

Sarcina ARFP este ntotdeauna un circuit selectiv (de adaptare i filtrare) de tip FTBsau FTJ, cu o bandde trecere destul de largn jurulf0, oricum sensibil mai largdectBs.Ca urmare, din punctul de vedere al ARFP, semnalul poate fi considerat cu bunaproximareca fiind sinusoidal cu frecvena purttoareif0. Circuitul de adaptare asigurca, n toatbandade semnalului, sarcina vzut de ARFP sfie activ, adico rezisten rezistena desarcinRL; eventualele reactane sunt compensate.

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

departe cele mai utilizare dispozitive active n ARFP de la 30kHzla peste 30GHz.

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

bine cunoscute.

Comportarea tranzistoarelor n RF este complicatdatoritcapacitilor i rezistenelorjonciunilor acestea sunt neliniare, dependente de tensiune. Din aceastcauz, chiar lafrecvene nu prea mari (zeci de MHz), utilizarea caracteristicilor statice este limitatla studiulfuncionrii ARFP sub aspecte calitative - aceasta se va face mai jos.

6.2.2. ARF cu tranzistor. Sarcina tranzistorului n ARF

Ca orice dispozitiv activ n circuit, tranzistoarele, bipolare (TB) sau cu efect de cmp

(JFET sau MOSFET) n ARF trebuie polarizate de la surse de tensiune continu: colectorul se polarizeazde la o sursde colectorEC(sauED) cu plus sau minus, n funcie

de tipul tranzistorului;

baza se polarizeazcu tensiuneEB(sauEG) pozitiv, negativsau nulfade emitor(surs).

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 bobin: prin bobina unui circuit rezonant (fig. 1.1), sau prin bobinde oc (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 observci curentul de colector itensiunea pe colector variazn jurul unor valori medii corespunztoare punctului static defuncionareIC0, UC0=RCIC0; curentul n sarcinaRL, are amplitudinea (ILmax) mai micdect a

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

5/22

106

curentului variabil de colector (ICmax); peRCse pierde putere de semnal. Din acest motiv,

amplificatoarele de RF cu cuplaj RC se folosesc n RF numai pentru puteri mici, dei sunt debandlarg(video, de exemplu) i pot asigura distorsiuni mici.

Din acest motiv, dar i din altele, frecvent n ARF n general i de reguln ARFP, nu sefolosete polarizarea colectorului prin rezistor.

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

nu se mai pierde putere pe un rezistor n colector. In acest caz, n colector se aflun circuit deadaptare i filtrare de exemplu un circuitLCCCrezonant pe frecvena medie din band(uzual

purttoarea), cu un factor de calitate Qdestul de redus pentru a avea o bandla -3dBmai maredect banda semnalului util. In secundarul TR este cuplatsarcina adevrat de exemplu oanten, echivalentpentru amplificator cu o rezistenRL. In primar se reflectosarcinechivalentRLech, care nu existdect n curent alternativ (pentru semnal), cu exprersia:

2

21Lech LR R n ; raportul de transformare:

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

DacN1iN2sunt numerele de spire din primarul i secundarul TR, neglijnd pierderie, puterea din primareste egalcu puterea din secundar; cu UCef,ICef, ULefiILef valorile eficace ale tensiunilor i curenilor dinprimar i secundar, rezult:

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

21 ef Cef Cef Lef n U U I I .

Ca urmare, dacsarcina adevrat esteRLdin secundar, cu L Lef LefR U I , n primar, pentru tranzistor,

apare osarcinechivalent(sau reflectat) RLech, cu ech Cef Cef R U I . Din expresia lui n12, rezult:

221 21 21Lech Cef Cef Lef Lef Lef LefR U I U n I n U I n . Deci: 221Lech LR R n Tensiunea electromotoare e0indusntr-o spirde fluxul magnetic comun celor dounfurri este aceeai nprimar i n secundar; ca urmare, neglijnd pierderile, tensiunile la bornele nfurrilor cu N1, respectivN2sunt:

1 0CefU N e ,

2 0LefU N e ; raportul de transformare este:

21 2 1Lef Cefn U U N N

Subliniem cRLechnu corespunde unui rezistor;RLechexistnumai pentru componentavariabila curentului, pentru semnal. Ca urmare, nu mai apare cdere de tensiune continui

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

EC

RBRL

R

EB

Cb iin

Cc

uC

uB

iC iL

iC iL

iS uL=RLiLEC

0t

t

iL

ILmax

t

t

t

UC0=RCIC0

iC

EC

IB0iin

IC0

uC

ICmax

Fig. 6.2. Amplificator cu tranzistor cu sarcinLC: schema i diagrama semnalelor

t

t

t

t

t

uC

IB0

iB

2EC

EC

iC

IC0

uLech

+EC0

-EC

iLech

RB

LLN2

RLech

iLech

EC

LCN1

EB

CC

usuB

iC

RL

uC

TR

uLech

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

6/22

107

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

lui tranzistorului n ARF, mai ales n ARF de putere, se face prin bobin.

6.2.3. Regimuri de funcionare ale tranzistorului n ARFP

Se considerARF cu tranzistorbipolar (TB), ca n fig. 1.3; polarizarea

colectorului se face prin bobinde oc1(LS) iar sarcina se cupleazla colector

prin condensator (Cc). Sarcina constdinrezistenaRLech, echivalentsarciniirealeRLcuplatprin transformator lacircuitul CLLLacordat pe frecvena delucru. Ca i n cazul din fig. 1.2, sarcinaechivalentexistnumai pentru semnal;numai componenta variabila curentuluide colector trece prinRLech(deosebirea

este ciLi iCsunt n opoziie de faz).Sunt posibile 2 regimuri de

funcionare: Regimul de funcionare liniar, n care

polarizrile i nivelul semnalului deintrare sunt astfel nct dispozitivul

activ nu intrn blocare sau saturaie. Regimul de funcionare neliniar, n

care polarizrile i nivelul semnalului

de intrare sunt astfel nct dispozitivulactiv intrcel puin n blocare, eventual i n saturaie.Se va analiza funcionarea n cele douregimuri din punct de vedere energetic, un aspect

esenial n cazul ARF de putere.

Funcionarea tranzistoarelor n ARF este de regulneliniari influenatmult deelemente reactive, dintre care n mod deosebit conteazcapacitatea i rezistena jonciunii baz-emitor, ambele foarte neliniare. Acestea introduc efecte ineriale n funcionare i ca urmare,caracteristicile statice nu pot fi folosite pentru calcule dect ca aproximaii grosiere i numai lafrecvene destul de joase.

Pentru nelegerea calitativa funcionrii tranzistoarelor n regim liniar i neliniar,

pentru aprecieri cantitative din punct de vedere energetic, se pot totui neglija aspectele inerialei neliniare din funcionarea tranzistoarelor; regimurile de funcionare se pot explica folosindcaracteristicile statice liniarizate.

1Prin bobina de ocse nelege o bobincare, n gama frecvenelor de interes, are o reactanmult mai maredect celelalte rezistene sau reactane din jur. Intr-un circuit, bobina de oc are rolul de a permite circulaia

componentei continue a curentului i de a bloca circulaia curenilor variabili. In cazul din fig. 1.3, componentacontinua curentului de colector circulde la +EC, la colector, prinLS; componentele variabile circulpe caleaCc,RL, -EC, cu impedanmai micdect reactana ocului (XS= LS).

Fig. 6.3. Amplificator de RF cu TB cu oc n colector

LS

RB

EB

Cc

isuB

iC

RLech

ECuC

Cb iB

uL

iL

LL

CLRL

IC0

IB0

iB

iC iL

IC0

it

0

uC uL2EC

EC

0

EC

t

t

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

7/22

108

6.2.4. ARF cu dispozitivul n regim liniar

In regim liniar, baza este polarizatn regiunea activiar nivelul semnalului este destulde mic pentru ca prin tranzistor scircule curent tot timpul. In acest caz, pentru semnal de intraresinusoidal, curentul de ieire (de colector) i tensiunea de colector au componenta variabil

sinusoidal.In regim liniar, n lipsa semnalului, TB polarizat cuEBiECconduce curentulIC0

punctul mediu de funcionare este M(fig. 1.4), n regiunea de lucru activ.Dacsemnalul de intrare (fig. 1.4) este sinusoidal, de forma: ( ) cos( )s si t I t ,

semnalele pe baz, curentul i tensiunea de colector sunt:

0 0 max( ) ( ) cosB 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 variabila tensiunii de colector este determinatnumai de componenta variabila curentului de colector ic(t), egalcu il(t) curentul de sarcin, care determincdere detensiune numai pe rezistena echivalentRLech, prin care circul(curentul variabil prin ocul

LSeste neglijabil) adic:

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 iCuC, punctul de funcionare se deplaseazpe o caracteristicdinamicliniar,ntre punctele Ai B. Din (1.2) i (1.3) rezultecuaia caracteristicii dinamice n planul iC 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 dinamiceste o dreapt(AMB) cu panta (dinamic) n regim liniar:1dl LechS R (1.5)

Puterile sunt:

disipatpe sarcin(puterea util): 2max max max1 1

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

absorbitdin surs: 0 0absorbit C C P P E I (1.6.b)

pierdut: 0 0 max max12

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

uC

iC iC iL

t

0 2 t

UCmin UCmax

IBmax

IBminA

B

M

ICmax

IC0

ICmin

Icmax

Fig. 6.4. Caracteristici dinamice i forme de semnale n ARF cu tranzistor n regimliniar cu sarcinacordat

0 EC uC

0 t

Ilmax

Ucmax

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

8/22

109

Randamentul este:

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

Din fig. 1.4, se observc: maxc CU E i max 0c CI I ; aadar 1 2 . De fapt,

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

c CU E i

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

c CI , ceea ce nseamn 0,34...0,40 , valori

mult prea mici pentru o gammare de aplicaii. Puterea pierdut rel. (1.6.b), reprezintpeste60% din puterea absorbitdin sursi se disippe dispozitiv.

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

Singurul avantaj al regimului liniar, esenial n unele aplicaii, constn liniaritatea amplificrii.Singura soluie de mbuntire a randamentului constn folosirea dispozitivului n

regim neliniar.

6.2.5. ARF cu tranzistorul n regim neliniar

In regim neliniar, dispozitivul este blocat pe o duratdin perioada semnalului deintrare. Pentru aceasta, polarizarea se face astfel ca n lipsa semnalului tranzistorul sconducun curent de colector nul - ca n fig. 1.5, sau mult mai mic dect amplitudinea curentului n

regim de semnal. Aceasta se obine prin fixarea punctului static de funcionare aproape depuntul B n dreapta, precum An fig. 1.5 sau n stnga, undeva pe caracteristica dinamic.

Considernd ARF cu configuraia din fig. 1.3, dacbaza este polarizatcu tensiunemai micdect tensiunea de deschidere, n punctul static A, curentul de colector este nul iartensiunea de colector esteEC; punctul Aare coordonatele: uC=EC, iC = 0 (fig. 1.5).

Cnd pe bazse aplicsemnal, la o valoare a tensiunii de bazjonciunea baz-emitorse deschide i apare curent de colector punctul B; pe msurce iBcrete, crete i curentulde colector iar tensiunea de colector scade; punctul de funcionare se deplaserazpe poriuneanclinata caracteristicii dinamice pnn C, la iB=IBmax. Cnd iBscade, punctul de funcio-nare se deplaseazspre B, iCscade iar uCcrete. Dupblocarea tranzistorului n B, iC= 0, daruCcontinuscreascsinusoidal pe seama energiei acumulate n cmpurile magnetic ielectric aleLLi CL

1. Punctul de funcionare se deplaseazpnn D, pe abscis, dupcare uC

1La fel de bine se se poate spune c, dupanularea curentului de colector, circuitul rezonant continusoscileze

liber pe frecvena de acord egalcu frecvena de lucru.

Fig. 6.5. Caracteristici dinamice i forme de semnale n ARF cu tranzistor cusarcinacordat, n regim neliniar

-c0

iC iC

t

Ucmaxcosc

uC

IBmax

AB

C

0 UCmin EC UCmax

D u

+c

tan() =Sd

-/2 0 /2

IC

t

ICmax

-/2

+/2

-c 0 +c

Ucmax

F

UCmax

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

9/22

110

scade sinusoidal, punctul ajung n Ai procesul se repet. Aadfar, n acest caz, caracteristicadinamiceste liniea frntCBAD.

Curentul de colector are forma unor impulsuri sinusoidale cu o duratde conducie

2c fig. 1.5. Produsul 2c= 2c este unghiul de conducieiar cestesemiunghiul deconducie. Dei curentul anodic este nesinusoidal, tensiunea de colector variazsinusoidal

datoritcircuitului rezonant din colector. Ca urmare, i curenii prinLLi CLsunt sinusoidali,deci i curentul prin sarcinaRLeste sinusoidal, ca i curentul iLprin sarcina echivalentRLech.

Curentul anodic are are armonice:IC0 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 sesemiunghiul de conducie(c) i se pot exprima: n funcie deICmax(amplitudinea impulsului de curent, fig. 1.5), cu coeficienii k(c)sau n funcie deIC, cu semnificaia din fig. 1.5) cu coeficienii k(c).

Relaiile 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 variaiei coeficienilor seriei Fourier k(c), k(c)i afactorului de form

1 1 0( ) ( ) ( )

c c cg apar n fig. 1.6. Expresiile k(c)i k(c)sunt date n Anexa 1.

Puterile sunt:

disipatpe sarcin(puterea util):

max max max 1 max

1 1( )

2 2L c c c c CP U I U I (1.11.a)

absorbitdin surs:

0 0 0 max( )

C C C c C P E I E I (1.11.b)

pierdut:

0 0 max 0 max

1( )

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

Randamentul este:

max 10

0

( )1

2 ( )

c cL

C c

UP P

E

(1.12.a)

max1

1( )

2

cc

C

Ug

E (1.12.b)

Din variaia factorului de form1( )

cg - fig.

1.6, rezult: g1(c)2=maxim, pentru c0, ceea ce este inacceptabil deoarece presupune

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

foarte mare;

g1(c)=1=minim, pentru c=180, ceea ce corespunde regimului liniar;

g1(c)=1,33 ... 1,67=acceptabil, pentru c=60 ... 90; se obine o putere utildatcuimpulsuri de curent cu amplitudine realizabil, cu randament acceptabil.

In adevr,g1(c)este maxim pentru c= 120: g1(120)=1,321, pentru care, cu

max 0,85 ... 0,96c CU E , se obine = 0,651, o valoare prea mic.

Pentru c= 90 ... 60,g1(c)=1,571 ... 1,794i randamentul realizabil este: = 0,67

...0,85, acceptabil.

Fig. 6.6. Coeficienii 0i 1ai seriei Fourieri factorul de formg1(c) pentru impuls

sinusoidal cu deschidere 2c

0 40 80 120 160 c()

01

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

g12

1,67

1,33

1

g1(c) 1(c) 0(c)

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

10/22

111

Aadar, soluia constntr-un compromis ntre: randament acceptabil (peste 0,7) decio90c i amplitudine a impulsului de curent realizabil, ceea ce se obine pentru

o60c -

zona gri din fig. 1.6.o

o

o

60

75

90

c

571,1

689,1

794,1

1g

75,0...67,0

80,0...72,0

85,0...76,0

Adoptarea unei valori pentru cdepinde de: disponibilitile de semnal i de capacita-tea dispozitivului de a suporta impulsuri de curent cu amplitudine mare. In practic, se preferc= 80 ... 90; destul de rar se folosesc valori mai mici i nci mai rar valori mai mari.

6.2.6. Influena sarcinii asupra caracteristicii dinamice

Datoritcircuitului acordat din colector, rezistena de sarcinechivalentRLechexistnumai pentru fundamentala curentului; pentru celelalte componente sarcina este nul. 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)

Aadar, n domeniul timp curentul anodic este dat de relaiile:

1

cos cos ,( )( )

0

cC c c

cC

II t t t

i t

rest

(1.14)

Se observcla limitele blocrii (-c, +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)

Rezultecuaiile ecuaiile caracteristicii dinamicen planul iC uC:

1

, ( ) ( )( )( )

0

C CC c C C c

c cC

E uu u u

Ri t

rest

(1.16)

Relaiile (1.16) sunt ecuaiile dreptei frnte DABC(fig. 1.5), formatdin segmentele: DAB, pe abscis, cnd dispozitivul este n regiunea de blocare i BC, nclinat cu panta dinamic 11 ( )d c cS R , cnd tranzistorul conduce (punctul de

funcionare se afln regiune activ).

Sarcina (rezistena echivalentRLech) influeneazesenial forma curentului de colec-tor i regimul de funcionare al tranzistorului. Pentru a explica aceasta, se considerARF nregim neliniar, ca n fig. 1.5, cu polarizri (EC,EB) constante, excitat cu semnal sinusoidal cuamplitudine (Is) constant, deci cuIBmax= constant. Se variazRLechde la 0i se studiazefectele pe caracteristici liniarizate, ca n fig. 1.7.

Panta caracteristicii dinamice (poriunea nclinat) este, dup(1.16):

1tan 1 ( )d c LechS R (1.17)

Pentru 0,LechR ,dS 2 , caracteristica este verticala prin A(laEA).

Pentru ,LechR ,0dS , caracteristica este orizontal.

Pentru 1 0,LechR - mic, ,01dS 21 i extremitatea Cajunge n C1peIBmax;

caracteristica dinamiceste D1AB1C1; curentul de colector este impulsul sinusoidal iC1.

n regiunea activ

n regiunea de blocare

Cmaxfoarte mare

Cmaxmare

Cmaxmic

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

11/22

112

Pentru 2 1 ,Lech LechR R ,12 dd SS 12 , punctul Cajunge n C2la intersecia liniei

LCcu caracteristica laIBmax= ct.; caracteristica dinamiceste D2AB2C2; curentul decolector este impulsul ncsinusoidal iC2.

Pentru 3 2 ,Lech LechR R ,23 dd SS 23 , punctul Cajunge n/

3C la intersecia liniei

LCcu caracteristica laIBmax= ct., apoi cnd iBcrete, C se deplaseazpe linie pnn C3;caracteristica dinamiceste D3AB3C3; curentul de colector este impulsul iC3cu crestturala mijloc.

Pentru 4 3 ,Lech LechR R ,34 dd SS 34 , Cajunge n/

4C la intersecia liniei LCcu

caracteristica laIBmax= ct., apoi cnd iBcrete, C se deplaseazpe linia LCpnn 0apoin C4; caracteristica dinamiceste D4AB4C4; curentul de colector este impulsul iB4cucresttura la mijloc ajungnd pe abscisnct curentul se anuleazpentru un timp.

In funcionarea ARF n regim neliniar se definesc 2 regimuri de funcionare, cores-punztoare poziiei punctului C extremitatea caracteristicii dinamice fig. 1.7:

Regimul subexcitat, n care extremitatea Cnu ajunge pe linia criticiar impulsul decurent este sinusoidal. In acest regim: maxc CU E .

Regimul supraexcitat, n care extremitatea Cajunge i se deplaseazpe linia LCiarimpulsul de curent are n vrf o cresttur. Se deosebesc:

regimul uor supraexcitat cresttura curentului anodic nu ajunge pe abscisi

maxc CU E

regimulgreu supraexcitat cresttura curentului anodic ajunge pe abscisi

maxC cE U , min 0CU

Uneori, regimul la limita subexcitat supraexcitat se numete regim critici esetimportant, deoarece adesea este cel mai avantajos energetic.

Aplicaia determinregimul n care trebuie slucreze tranzistorul: Cnd este necesar ca tensiunea de ieire svarieze proporional cu tensiunea de intrare,

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

Fig. 6.7. Influena sarcinii asupra caracteristicii dinamice, a formei curentului i a regimului de funcionare

A D1 D2 D3 D4 uC

B4B3B2B1

IBmaxC1C2

C3

C3

iC LC

tan() =Sd

C4

uC

t

EC

EC

t

iC

/2 0 +/2

iC1iC2

iC3

iC4

0

ICmax 1

Uc1UCmin4

UCmin3

UCmin2

UCmin1

UCmax4

UCmax3

UCmax2

UCmax1

IB 3 IB 4

C3

C4 0

C4

ICmax 2

ICmax 3ICmax 4

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

12/22

113

Cnd ARF este cu sarcinconstanti frMA, regimul trebuie sfie critic sau uorsupraexcitat deoarece n aceste regimuri se pot obine randamente mari.

Cnd ARF trebuie sdebiteze pe sarcini variabile sau este un etaj cu MA pe colector,regimul trebuie sfie uor supraexcitat, pentru a se asigura nivel de ieire constant sauliniar variabil cuEC

Regimul greu supraexcitat este dezavantajos din toate punctele de vedere i se evit.

Discuia de mai sus relevimportana, din punct de vedere energetic, a regimului defuncionare al tranzistorului, faptul cacesta este determinat de sarcin(RLech).

Avnd n vedere discuia de la punctul 1.1.2.b, se va considera regimul neliniar cusemiunghiul de deschidere c= 60 ... 90i se va evalua variaia puterii absorbite (P0), puteriiutile (PL) i a randamentului () cnd variazRLech.

Puterea absorbiteste: 0 0 0 max( )C C c C C P E I I E .

In regim subexcitat, cndRLechcrete:ICmaxscade lent, cvariazpuin P0scade lent.In regim supraexcitat, cndRLechcrete:ICmaxscade rapid, cscade puin dar apare

cresttura care determinreducereaIC0P0scade rapid. Puterea utileste: max max 1 max max0,5 ( )L c c c C c CP U I I U E

In regim subexcitat, cndRLechcrete:ICmaxscade lent, cvariazpuin, dar Ucmaxcreterapid deciPLcrete rapid.In regim supraexcitat, cndRLechcrete:ICmaxscaderapid, cscade puin dar apare cresttura care deter-minreducerea 1(c)i deci a luiIcmax, iar Ucmaxcrete lent deciPLscade rapid.In consecin, existun maxim alPLn regim lalimita regim subexcitat supraexcitat sau foarte uorsupraexcitat.

Mai important, n regim critic i uor supraexcitat,cderea de tensiune pe tranzistor ajunge la saturaie,deci mic, iar puterea disipatpe tranzistor scade.

Randamentuleste:0L

P P i crete cuRLechn

regim subexcitat, atinge un maxim n regim foarte

uor supraexcitat i scade n regim supraexcitat.Diferena puterilor esteputerea disipatpe tranzistorPP, care nu trebuie s

depeascvaloarea admisde dispozitiv (pentru condiii de rcire date):

0P uP P P (1.18)

6.2.7. Clasele de funcionare ale tranzistorului n regim armonic

Se obinuiete ca diversele regimuri de funcionare ale tranzistoarelor n ARFP cufuncionare armonicsfie numite clase; acestea sunt: A, AB, B i C. In regimurile armonice,curentul de ieire este, cel puin aproximativ, o poriune de sinusoidiar excitaia se realizea-zcu semnal armonic.

Regimul de funcionare nclasA este atunci cnd unghiul de conducie 2ceste 2).Acesta este regimul liniar n care punctul static de funcionare (PSF) este situat nregiunea activ, tranzistorul nu ajunge n blocare.

ARFP cu tranzistoare n clasAse folosesc cnd este necesaramplificare liniar, cudistorsiuni mici, cum este cazul semnalelor cu modulaie de amplitudine i, mai rar, al

Fig. 6.8. VariaiaP0,Pu, n funcie desarcin(RLech)

P0

PL

PP

RLech

iC

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

13/22

114

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

(maxim teoretic 50%, real sub 35%) i necesitatea unor disipatoare de cldureficientepentru tranzistoare sunt marile dezavantaje ale acestor circuite.

ARFP n clasA utilizeaza de regulconfiguraia cu un singur dispozitiv activ (singleended).

Regimul de funcionare nclasAB, este atunci cnd unghiul de conducie 2ceste ntrei 2( 2 2

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

tranzistorul conduce un curent de ieire (de colector n cazul TB) mic, dar n semnalajunge n blocare fig. 1.12. PSF este n regiunea activdar aproape de cot (de blocare).

Regimul de funcionare nclasB, este atunci cnd unghiul de conducie este egal cu ( 2

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

conduce, dar este la limita dintre conducie i blocare fig. 1.12; PSF chiar pe cot.

ARFP cu tranzistoare n clasAB(2c= 90o... 120o) i n clasB(2c= 90

o) asiguro eficienenergeticrezonabil(60% ... 75% n circuitele reale), dar semnalul este

bogat n armonice. Din discuia din 1.1.3 a reieit crandamentul mai mare i mai ales

putere disipatpe tranzistor mai mic, se obin dacdispozitivul funcioneazn regimcritic sau uor supraexcitat cu dezavantajul introducerii unor distorsiuni neliniare(amplificarea devine neliniar).

De regul, aceste clase se utilizeazn ARFP n contratimp (push-pull).

Regimul de funcionare nclasC, este atunci cnd unghiul de conducie este mai micdect ( 2

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

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

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

circuitele reale) mai ales cu dispozitivul n regim critic uor supraexcitat, situaie ncare se introduc distorsiuni neliniare.

De regul, clasa se folosete n ARFP cu une singur dispozitiv activ.

Fig. 6.9. Clasele de funcionare ale tranzistorului n ARFP cu excitaie armonic: a clasA, b clasAB,c clasB, d clasC (punctul A punctul static de funcionare)

2c

iC iC

A

B

C

0 EC uC 0 2 t

iC iC

A

B

C

0 UCmin EC UCmax -c 0 +c 2 t

-/2 +/2

D

a b

iC iC

0 Cmin EC UCmax

A

B

C

D

-c +c

-/2 0 +/2 t

iC iC

0 Cmin EC UCmax

DAB

C

-c +c t

-/2 0 +/2

c d

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

14/22

115

Funcionarea n clasA, AB, B sau C presupune cexcitaia dispozitivului activ seface cu semnal armonic de aceea, adesea aceste circuite se numescARFP cu excitaie

armonic. Chiar daccurenii i tensiunile de pe electrodul de comand(baz, gril), sunt maimult sau mai puin deformate, semnalele rmn poriuni de sinusoid, eventual deformateexponenial. Semnalele de la ieire (pe colector sau dren) sunt de asemenea fragmete de

sinusoid, adesea mult deformat. Din aceste motive, pe o duratsemnificativdin perioadasemnalului, att tensiunea ct i curentul pe tranzistor sunt mari, deci pierderile de putere suntmari (randamente peste 80% se obin cu dificultate) i aceste pierderi se disippe dispozitiv.In consecinsunt necesare sisteme de evacuare a cldurii, adesea mari, grele i scumpe. greuse pot obine randamente peste 80% ... 85%.

Toate aceste dezavantaje au dus la cutarea unor amplificatoare cu eficienenergeticmare, n care puterea disipatpe tranzistoare este mic(sub 5% din puterea util), eventual icu randamente mari. Aceste ARFP sunt de regulcu tranzistoare n comutaie

6.3. Principiile radiorecepiei

6.3.1. Introducere

Un radioreceptor este un sistem capabil s capteze energia undelor electromagnetice(EM) modulate, purttoare a unui semnal util, sextragsemnalul util i s-l furnizeze la ieiresub o formconvenabilpentru utilizator.

Pentru a-i ndeplini funciile, un radioreceptor trebuie sinclud: un sistem de recepie a undelor EM care stransforme energia acestora n oscilaii de curent i

tensiune; acest rol n ndeplinete antena de recepie fig. 6.5;

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

un bloc de prelucrare final a semnalului util (poate fi un amplificator de audiofrecven,blocul video n recepia 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 numr de indici calitativi, dintrecare mai importani sunt: frecvena/frecvenele sau gamele frecvernelor de funcionare, sensibili-tatea, selectivitatea, fidelitatea, gama dinamica semnalului de intrare.

1. Frecvenele/gamele frecvenelor de lucru reprezint frecvenele sau intervalele defrecvende RF n care RR poate asigura recepia normala semnalelor.

semnalutilizabil

semnalutil

semnal RF(i, u)

DETECTORBLOC

PRELUCRARE

SEMNAL UTIL

AMPLI.

ANTENA unde EM

(E, H)

Fig. 6.10. Schema bloc generala unui radioreceptor

Bloc de alimentare

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

15/22

116

Exist: RR cu una sau cteva frecvene de lucru, fixe, comutabile, de regul pentru radiolegturi

(radiotelefonie), comunicaii locale ntre civa corespondeni; RR cu una sau mai multe game extinse, cu frecvenele de lucru reglabile n trepte (pai) sau

continuu, cum sunt RR pentru radiodifuziune.

Domeniul de frecvene utilizate n radiocomunicaii s-a extins foarte mult: de la 30 50Hz(radiolegturi submarine) la circa 40-60GHz (comunicaii militare i prin satelii).

2. Sensibilitatea este calitatea RR de a recepiona semnale slabe. Se definete osensibilitate absoluti osensibilitate limitatde zgomot.

Sensibilitatea absoluteste nivelul minim de semnal n antencare asigurla ieirea RRun semnal util cu un nivel impus (standard).

In funcie de tipul (categoria) RR, sensibilitate exprim: Intensitatea cmpului electric (V/m, mV/m, V/m) al undei EM modulate cu nivel de

modulaie i semnal util standard, care produce o putere standard la ieire.De exemplu, pentru RR de radiodifuziune cu MA, se folosete und EM modulat cu 400Hz, 800Hz sau1000Hzi m= 0,3care produce semnal audio de 50mWn difuzor.

Valoarea eficace a tensiunii (mV, V) unui semnal modulat standard, care introdus prin antenstandard (model fizic al antenei de recepie) produce puterea stadard la ieire.De exemplu, n recepia de radiodifuziune cu MF se folosete semnal RF cu MF, cu deviaia de frecvenf=15kHzrealizatde semnal AF de 400Hz, 800Hzsau 1000Hz.

Puterea undei EM (mW, W, nW, dBm, dB) aplicatn antencare produce nivel (putere,tensiune pe sarcindat) standard la ieirea amplificatorului de RF sau ntr-un punct anume allanului de amplificare din RR. Acesta este cazul RR pentru comunicaii spaiale, de exemplu.

Sensibilitatea absolutnu ine seama i de zgomotul suprapus, care poate face imposibilrecunoterea semnalului util.

Aprecierea corect a capacitii de recepie a semnalelo slabe se face cu sensibilitatealimitatde zgomotcare reprezitnivelul minim de semnal la intrare capabil sproducun nivelde semnal util standard n condiii de raport semnal zgomot standard la ieire.

De exemplu, un RR de radiodifuziune cu MA poate avea sensibilitatea absolutSA= 1V/mn condiii deS/Z=3dB. Aceasta nu servete la nimic, deoarece la acest nivel de intrare n difuzor se aude numai zgomot. Acest RRare sensibilitatea limitatde zgomotSLZ= 100V/mlaS/Z= 20dB, condiii n care audiia este clar. Alt RR poateaveaSA= 10V/miSLZ= 50V/mlaS/Z= 20dB; evident, acest RR este preferabil primului.

3. Selectivitatea este nsuirea RR de a separa

semnalul dorit din multitudinea semnalelor de RF dinmediu. Aprecierea selectivitii se face cu ajutorulcaracteristicii de selectivitatecare reprezintdependenasemnalului la ieire n funcie de frecvena purttoareisemnalului de intrare (cu tip i caracteristici de modulaieconstante).

Ideal, caracteristica de selectivitate ar trebui sfie: rectangular, cu lrgimea egal cu lrgimeaspectrului semnalului, centrat pe frecvena alocat (a

purttoarei) i simetric fig. 6.11. Caracteristicile reale

nu pot fi rectangulare, au formde clopot. Dacaceastcaracteristiceste larg, se include ntregul spectru al semnalului dar sunt recepionate i semnale

spectru semnal

RF modulat

caract.ideal

Qmare

Qmediu

Qmic

f0 fpurttoare

Fig. 6.11. Caracteristici de selectivitate

nivel ieire

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

16/22

117

nedorite; daceste ngust, o parte din armonicele semnalului sunt rejectate i semnalul util estedistorsionat. Este necesar un compromis ntre cerinele de fidelitate i de selectivitate; se ncearcrelizarea unei caracteristici ct mai apropiatde ideal.

Aprecierea cantitativa selectivitii se face cu: Banda la3dB(B-3dB) reprezentnd intervalul de frecvene n care modulul caracteristicii de

transfer (de reguln tensiune) a receptorului scade de la valoarea maximHmaxla 0,707Hmax,

max 2H , sau cu 3dBn reprezentare logaritmic. Factorul de calitate al unui circuit trecebandtip LC se definete ca fiind:

0 3dBQ f B

.

Banda la o atenuare A dat: BA (A = 12 ... 20dB), care, mpreun cu B-3dB, servete laaprecierea rectangularitii caracteristicii (coeficientulKr=BA/B-3dB, ct mai aproape de 1).

Atenuarea la o distann frecvenfdatfade frecvena de acordAf, care indicrejeciasemnalelor altor emitoare; n cazulradiodifuziunii, al recepiei n benzi, aceast

frecveneste distana dintre doucanaleadiacente (9/10kHzn MA i MF de bandngust, 300kHzn MF de bandlarg).De exemplu, un RR MA poate avea:

B3dB= 6kHz,B12dB= 7kHz(deciKr= 7/6 =1,167,

foarte bun) atenuarea canalului adiacent (la f =

9kHz)A9kHz= 40dB).

3. Fidelitatea unui RR caracterizeazmsura n care semnalul util la ieire reproduce semnalul util coninut n semnalul de la intrare.

De la surspnla receptor, semnalele utile sunt prelucrate i se propagn circuite imedii mai mult sau mai puin liniare i selective, n prezena a nenumrate semnale nedorite -perturbaii, astfel c semnalul recepionat nu este asemenea cu cel furnizat de surs estedistorsionat. Aceasta nseamnc, n domeniul timp i n domeniul frecvennu sunt realizaterelaiile: srecepionat(t)= const.semis(t)iSrec() = const.Semis().

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

ntotdeauna utilizate n telecomunicaii. Printre principalele fenomene productoare dedistorsiuni sunt:

1. Neliniaritile caracteristicilor amplitudine frecven ale circuitelor i canalelor, caredetermindiferene ntre nivelele componentelor spectrale ale semnalelor de ieire fadecele de intrare.

2.

Neliniaritile caracteristicilor faz frecvenale circuitelor i canalelor, care determindiferene ntre fazele componentelor spectrale ale semnalelor de ieire fa de cele deintrare.. De fapt, aceasta nseamncntrzierile realizate de dipori circuite i canale decomunicaie, sunt dependente de frecven.

3. Neliniaritile caracteristicilor de transfer ale circuitelor, adic dependena neliniar anivelului semnalului de ieire de nivelul semnalului de intrare. Fenomenul determin, pelngdistorsionarea semnalului i fenomene de intermodulaie.

4.

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

O clasificare uzual a distorsiunilor, n funcie de cauzele apariiei, le mparte n:distorsiuni de neliniaritate (neliniare) i de liniaritate (liniare).

B3dB

BA

dB A 03

A

f0 f

Fig. 6.12. Atenuri la caracteristica de selectivitate

f

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

17/22

118

Distorsiunile neliniare apar datorit neliniaritii caracteristicii de transfer, adependenei neliniare a nivelului rspunsului (amplitudine, valoare eficace) de nivelul intrrii

fig. 5.4. In cazul n care caracteristicile intrare ieire sunt identice pentru toate frecveneledin spectrul semnalului, distorsiunile apar numai din cauza neliniaritii. Principalul efect al

neliniaritii const n apariia de noi componente spectrale (armonice), inexistente nsemnalul de intrare. Aceste componente pot interfera ce unele componente deja existente

efectul se numete intermodulaie.Distorsiunile liniare apar datorit neidentitii caracteristicilor de transfer la diferite

frecvene din spectru. In acest caz, componentele spectrale ale semnalului sunt modificatediferit: n amplitudine apar distorsiuni liniare de amplitudine i/sau n faz apar distorsiuniliniare de faz. In ambele cazuri, rspunsul nu mai este asemenea intrrii. Asemeneadistorsiuni apar indiferent dacdependena nivelelor ieire intrare este liniarsau nu.

Clasificarea de mai sus este convenional, distorsiunile fiind rezultatul att alneliniaritilor ct i al imperfeciunilor caracteristicilor de frecven.

Aprecierea cantitativ a distorsiunilor este n general dificil, nu existun procedeuuniversal aplicabil, pentru orice tip de semnal i/sau orice tip de circuit. Frecvent, apreciereacantitativ a distorsiunilor se face aplicnd la intrarea sistemului semnal sinusoidal cu frec-venvariabil(sau modulat cu o sinusoid): Msurnd amplitudinile (sau valorile eficace) ale armonicelor datorate neliniaritilor la o

frecveni un nivel de semnal de intrare sau ieire precizate, se determincoeficientul dedistorsiuni armonice:

...

...100100

23

22

21

23

22

UUU

UU

P

Pd

total

armonice (%)(U1, U2, ... amplitudini sau valori

eficace)

a bFig. 6.13 Apariia distorsiunilor neliniare, datorate neliniaritii carateristicii de transfer:

a funcionarea n regiunea liniar; b - funcionarea n regiunea neliniar

0

i

i

t

t

0 0

i

i

t

t

0

H()1

0,5

1 2 t

sin() sin(1) sin(2)

t

sout() sout(1) sout(2)

Fig. 6.14. Apariia distorsiunilor liniare, datorate valorilor variaiei funciei de transfer cufrecvena

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

18/22

119

Trasnd caracteristicile amplitudine/faz frecven, eventual preciznd numai banda la3dBi neliniaritatea caracteristicilor n band.

4. Gama dinamica semnalului de intrarereprezintraportul dintre nivelele maxim iminim ale semnalului de intrare care la care se asigurrecepia la indicii calitativi precizai:

min

max

min

max log20log10U

U

P

PDinamica

(dB)

Este de dorit ca dinamica sfie ct mai mare, pentru a se asigura la fel de bine recep iaemitoarelor din apropiere i a celor aflate la distane mari.

6.3.3. Principalele tipuri de radioreceptoare

Se cunosc mai multe tipuri de RR: cu amplificare direct, cu reacie i superreacie i cu

schimbare de frecven(heterodinare).

6.3.3.1. Receptoare cu amplificare direct

In RR cu amplificare direct, semnalul de RF modulat, este selectat cu circuitele selectivede intrare i se aplic amplificatorului de RF (ARF) i apoi demodulatorului care furnizeazsemnalul util, prelucrat ulterior n funcie de natura sa fig. 6.9.

Acesta a fost tipul de RR utilizat la nceputurile radiotehnicii pentru transmisii cu MAIn forma cea mai simpl, era format numai din anten, eventual un circuit selectiv LC, un detector de anvelopcudiod(cu cristal de galeni fir din oel) i o cascpentru audiie (care realiza i filtrarea).

Acest tip de RR are numeroase dezavantaje, printre care:

este dificilrealizarea unei amplificri mari (imposibilevitarea reaciilor necontrolate); este greu de realizat selectivitatea, mai ales n cazul recepiei n game extise;

selectivitatea i sensibilitatea variazfoarte mult n cazul recepiei n game extinse.Din aceste motive, RR cu amplificare directse folosesc foarte rar, numai pe frecvene

fixe i pnla cel mult 10MHz.

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

Ampli.

semnalutilDEMODULATOR

Circuiteselective

ARF

Fig 6.9. Schema bloc a RR cu amplificare direct

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

19/22

120

6.3.3.2. Receptoare cu reacie i superreacie

Pentru recepia semnalelor cu MA se pot folosi i RR cureacie (Regenerative receiver) i cu suprereacie (Super-regenerative receiver).

Dac n schema din fig. 6.9 se introduce o reaciepozitiv subunitar la ARF, se mbuntesc sensibilitatea iselectivitatea. se obine un RR cu reacie fig. 6.10. Inschimb, apare instabilitate, necesitatea reglrii nivelului reaciei.

In cazul RR cu suprareacie, reacia pozitiv estesupraunitar (supracritic). ARF (uzual un simplu tranzistor)oscileazpe o frecven supraaudibil(40 - 100kHz), n ritmulcreia se produc si dispar oscilaiile de RF pe o frecvenfoarteapropiatde a semnalului de RF de intrare. Semnalul de intrare,cu frecven foarte apropiat de frecvena de rezonan acircuitului selectiv din oscilatorul de RF, amorseazoscilaiile

de RF; acestea exist pe o durat din una din semiperioadelesemnalului supraaudibil. Durata oscilaiilor de RF uneori i amplitudinea, variazn funcie denivelul semnalului de RF de intrare. Curentul mediu prin dispozitiv reproduce nivelul semnalului

de intrare. Aceste RR pot avea amplificri foarte mari (peste 106) i selectiviti foarte bune, darau funcionarea nesiguri sunt zgomotoase.

In prezent, aceste tipuri de RR mai

sunt folosite numai de radioamatori.

6.3.3.3. Receptoare reflex

RR reflex sunt receptoare n care

acelai dispozitiv activ este folosit att pentruamplificarea semnalului de RF ct i a celuide JF de fapt a semnalului audio. Pentru

aceasta, semnalul AF este reinserat n intrarea

dispozitivului amplificator. Un exemplu este

n fig. 6.11: dupdetecie, semnalul estetrodus n baza lui Q1, semnalul AF este

amplificat i apoi aplicat la Q2.RR reflex sunt foarte economice (consum puin, au puine piese) dar sunt instabile i

acordabile n benzi nguste.

6.3.3.3. Receptoare cu conversie direct

RR cu conversie direct(numite i homodin, sincrodin, RR cu frecvenintermediarzero) utilizeazdemodularea coerent: semnalul de intrare este aplicat la un multiplicator (modu-lator dublu echilibrat) la a crui a 2-a intrare se aplicsemnal de purttoare refcut. Principiul defuncionare a fost expus n cap. 2, pg. 31: semnalul la ieirea demodulatorului este de forma:

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

din care, cu FTJ, se separsemnalul de JF:

0 0 0( ) (1 cos )cos cos cos cosJF d d du t U m t U U m t

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

folosind PLL. Acesta este un dezavantaj important deoarece: (1) PLL funcioneazprost cnd are

ANTENNA

0

+

0

SPEAKER

T1

0

VCC

0

0 0

Q1

reaciepozitiv

Fig. 6.10. Schema de principiu a RR

cu reacie i superreacie

Fig. 6.11. Schema unui RR reflex

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

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

20/22

121

FTB de bandngustla intrare, (2) PLL funcioneazfoarte prost cu semnal MA la intrare i (3)PLL care sacopere benzi largi de semnal de intrare sunt greu de realizat.

In plus, un dezavantaj serios constn existena componentei de c.c. mare fade semnalulutil care uor poate introduce circuitele n saturaie.

Cu toate dezavantajele, procedeul s-a rspndit odatcu dezvoltarea tehnologiei circuite-

lor integrate i cu aceasta a realizrii PLL cu deosebire n sistemele de radiocomunicaii digitale ncare a devenit practic cel mai rspndit procedeu de demodulare a semnaleor cu FSK i PSK. Esteadevrat ns, ca demodulatoarele de acest tip se folosesc n RR tip superheterodin.

6.3.3.4. Receptoare cu schimbare de frecven

In prezent, RR cu schimbare de frecven sunt de departe cele mai folosite, deoarecesatisfac toate cerinele de selectivitate, sensibilitate, gamdinamicmare etc.

Schema bloc a RR cu schimbare de frecveneste ca n fig. 6.12.Semnalul de intrare cu frecvena fS, este selectat cu circuitele de intrare (Cin) selective,

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

aplicat mixerului provine de la oscilatorul local (OL) cu frecvenafOL. Semnalul furnizat de mixerse aplicunui amplificator selectiv acordat pefrecvena intemediarfI. Urmeazdemodularea i

prelucrarea semnalului util, de joasfrecven.DacfSeste frecvena semnalului de intrare, la ieirea mixerului se obine, n general, un

semnal care include n spectru componenete cu frecvenele SOL nfmf (m, n= 0, 1, 2, ...).

Dintre aceste componente, AFI, de bandngust, amplificnumai pe cele care au frecvena egalcu frecvena intermediarfI. De regul, este selectatuna dintre componentele:

SOLI fff sau SOLI fff

Aadar, dintre toate semnalele de la intrare, numai cele cu frecvena satisfcnd relaiile:

IOLS fff regimul desupraheterodin (fOL>fS)

IOLS fff

regimul de infradin (fOL

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

21/22

122

3.

Filtrele de frecvenintermediarfuncioneazpe frecvencentralfixi pot fi realizate cucaracteristicapropiatde aceea ideal(maxim plat, flancuri abrupte, simetrie bun).

Dintre dezavantaje, mai importante sunt:

1. Schema este mai complicat.2. Existposibilitatea apariiei rspunsurilor parazite, adicpot fi recepionate semnale cu alte

frecvene dect aceea dorit.3. Este necesar monoreglajul circuitelor selective de intrare i ale oscilatorului local, ceea ce nu

este ntotdeauna uor.Frecvena intermediarse alege:

n afara benzilor de lucru, ct mai departe de acestea (orice semnal cufIeste amplificat);

destul de mare pentru o rejecie buna frecvenei imagine; destul de micpentru a se putea realiza filtre cu caracteristicapropiatde aceea rectangulari cu selelctivitate bunfade cananlele adiacente.

In radiodifuziunea cu MAfI= 455kHz(banda de trecere a AFI este n jur de 6 8kHz)iar n MFfI= 10,7MHz(banda de trecere 200 300kHz)

Frecvena imagine.

La ieirea mixerului apar semnale (componente spectrale) cu frecvenele SOL nfmf

din care sunt selectate cele cufI. Dar, semnale cufIapar pentru 2 frecvene de semnal de intrare:

IOLS fff i IOLS fff 1 ; ambele semnale (cu fSi fS1) determin rspuns la ieirea

AFI. care nu poate n nici un mod sle separe. Urmarea este cla demodulator se aplicsemnalulrezultat n urma interferenei celor dousemnale; rezulto perturbaie inacceptabil.

Dacse considerregimul de superheterodin, semnalul cu IOLS fff este cel dorit.

Semnalul cu ISIOLS fffff 21 se numete semnal cu frecven imagine (semnal

imagine) i este perturbator.

Rejecia semnalului imagine se poate realiza numai n circuitele selective de pe calea deRF (Cin i ARF). Aceste circuite au selectivitate slabi de aceea frecvena intermediartrebuiesfie destul de mare pentru ca atenuarea imaginii sfie suficientn Cin i ARF. Pe de altparte,

fInu poate fi prea mare deoarece devine dificilrealizarea AFI (lrgimea benzii de trecere devineprea micfade frecvena central). Cnd este necesaro atenuare mare a frecvenei imagine,nerealizabil n Cin i ARF, se procedeaz la o dublschimbare de frecven: prima frecvenintermediareste mare pentru realizarea rejeciei frecvenei imagine (de exemplu 10,7MHz) iar adoua frecvenintermediareste micpentru realizarea selectivitii fade canalele adiacente (deexemplu 455kHz).

Monoreglajul

Ciruitele selective de intrare (Cin i ARF) trebuie sfie acordate pe o frecvende acordfAegalsau foarte apropiatde frecvena semnalului doritfS. Pe de altparte, circuitele oscilato-rului local trebuie acordate pefOLcare ssatisfacrelaia ISOL fff (sau ISOL fff la

infradin). Este necesar ca, din acelai element de comand buton, tastatur, ..., sse controlezeacordul la toate cele trei blocuri (Cin, ARF i OL), adicsse realizeze monoacordul. Monoacor-dul pe diferite frecvene se poate face: folosind condensatoare variabile, cu 2 sau 3 seciuni pe acelai ax; cu bobine cu inductanvariabil(variatoare sau variometre) cu 2 sau 3 seciuni comandate de

acelai element mecanic; cu ajutorul a 2 sau 3 diode varicap crora li se aplictensiune (invers) controlatde un poten-

iometru (reglaj continuu) sau de la un convertor digital analog (CDA, CNA), controlat de unbloc logic (reglaj n trepte);

7/26/2019 IRC_6-RE+RR_V2.pdf

22/22

folosind diode varicap n Cin i ARF, controlate digital (de la ieirea CNA) i sintetizor defrecvenn OL, totul controlat de la acelai bloc logic (controler, ASIC).

Dac gama frecvenelor de intrare este restrns, adic 1minmax SSS ff sau

2minmaxminmax SSSS ffff , banda de trecere a Cin i ARF este destul de mare pentru

ca monoacordul snu mai fie necesar: element reactiv variabil se introduce numai n circuitelerezonante ale OL.De exemplu, extensia de bandde 27m din gama undelor scurte este n intervalul 13,8 14,0MHz.Pentru un Qrealizabil de circa 40, rezulto band la3dBde circa 347kHz, mai mare dect bandaalocatgamei; evident, nu este necesaracord variabil n Cin i ARF n aceastgam.

Considernd SA ff diferena IAOL fff trebuie s se menin aceeai n toat

gama de frecvene de intrare se spune ccircuitele de intrare i ale oscilatorului sunt aliniate.Dar coeficientul de acoperire al circuitelor de intrare (S) i al circuitelor oscilatorului local (S)difer:

IS

IS

OL

OLOL

S

SS

ff

ff

f

f

f

f

min

max

min

max

min

max

Uneori, Seste mare i greu de realizat. Alinierea nu se poate face frerori la toate frecveneledintr-o gam extinsi, dacCin i ARF au banda ngust, comparabilcu lrgimea spectruluisemnalului, fie acesta este atenuat fie caracteristica de selectivitate globalapare asimetric, ceeace introduce distorsiuni.