Amplificadores de Potencia de RF

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    11-Jul-2015
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Amplificadores de potncia de RFObjetivo:Amplificar sinais de RF em nveis suficientes para a sua transmisso (geralmente atravs de uma antena) com bom rendimento energtico.

PCCRg

= PRF/PCC

+VCCPe RF

RL

Pperd

UERJ - Circuitos de Comunicao

Amplificador de potncia de RF

PRF

Prof. Gil Pinheiro

Conceito de Classe de um amplificador transistorizado

Rg

+

Amplificador de potncia de RF iC

RL Q1iCt 0 2 0

iCt 2 0

iCt 2

conduo durante 2

Classe A:

conduo durante

Classe B:

conduo <

Classe C:

UERJ - Circuitos de Comunicao

Prof. Gil Pinheiro

Conceito de Classe de um amplificador transistorizado

Rg

+

Amplificador de potncia de RF iC

+vCE

RL

Q1

iCUERJ - Circuitos de Comunicao

vCE Classe D: Q1 trabalha em comutao Classe E: Q1 trabalha em comutao em tenso zerotControle

t

Prof. Gil Pinheiro

Tipos de amplificadores de potncia de RF

Rg

+VCC vg

Amplificador de potncia de RF

+ RL vs -

Amplificadores lineares: a forma de onda da tenso de sada vs proporcional entrada vg.

Amplificadores no lineares: a forma de onda da tenso desada vs no proporcional de entrada vg. Caso particular: tenso de sada vs proporcional a VCC.

UERJ - Circuitos de Comunicao

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com carga no circuito de polarizaoCircuito bsico

RLPolarizao

iC VCC

Rg

+ Q1 UERJ - Circuitos de Comunicao

+

vCE

Prof. Gil Pinheiro

RL

iC VCC

Amplificador Classe A com carga no circuito de polarizao VCC/RL iCEscolhemos um ponto de operao

+vCE

Q1

-

IB iC1t

vCEUERJ - Circuitos de Comunicao

PRF = ic12RL/2

VCC PCC = ic1VCCt

= PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)

vCE1

Logo aumenta com iC1. Mas o aumento de iC1 limitado

Prof. Gil Pinheiro

RL

iC VCC

Amplificador Classe A com carga no circuito de polarizao VCC/RL iC Valor mximo de iC1

+vCE

Q1

-

iC1 = VCC/2RL t

IB vCE VCCUERJ - Circuitos de Comunicao

max = ic1RL/(2VCC) con iC1 = VCC/2RLLogo: max = 1/4 = 25%

t

vCE1 = VCC/2

25% um rendimento mximo muito baixo!

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Amplificador Classe A com polarizao por fonte de correnteCircuito bsico

Polarizao

IC+ -

VCC

Rg

+ Q1 RLUERJ - Circuitos de Comunicao

+

vCE

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por fonte de correnteImplementao da fonte de corrente

+ IC iC + iL -

VCC

+VCC

iC

IC+ iL -

+vCE

RL Q1

+vCE

RLUERJ - Circuitos de Comunicao

Q1

-

-

A tenso na fonte de corrente deve ser conforme a figura

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por fonte de correnteEscolha do ponto de operao para um valor de IC

+ IC iC + iL -

VCC

VCC/RL iCReta de carga CC

IB vCE VCCReta de carga CA com inclinao 1/RLUERJ - Circuitos de Comunicao

+vCE

RL

Q1

-

Esta a reta de carga CA com os maiores nveis de tenso e corrente e compatvel com tenso positiva na fonte de corrente

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por fonte de corrente V /R iCCC L

+ IC iC vCE1 + -

VCC IC

Reta de carga CC

Reta de carga CA

IB vCE VCCt

iL

t

+vCE

RLvCE1 PRF = Ic2RL/2 PCC = IcVCC = IcRL/(2VCC)

Q1

-

Logo, cresce com IC, que est limitado a IC = VCC/2RL

UERJ - Circuitos de Comunicao

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por fonte de corrente V /R iCCC L Reta de carga CA

+ IC iC vCE1 + -

VCC

ICt

IBReta de carga CC

iL

+vCE

RL

vCE VCCtUERJ - Circuitos de Comunicao

Q1

-

vCE1 = IcRL/(2VCC)

PRF = Ic2RL/2

PCC = IcVCC

Com IC = VCC/2RL, max = 1/4 = 25%.

O rendimento tambm baixo!

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por resistncia de coletorCircuito bsico

Polarizao

RCiC + VCC

Rg

+ iL Q1 UERJ - Circuitos de Comunicao

+

vCE

RL

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por resistncia de coletor VCC/RL iC

RCiC + VCC

IBiC1Reta de carga CC Ponto de operao

+ iLvCE

Q1

-

RL

vCEvCE1

VCCUERJ - Circuitos de Comunicao

Reta de carga CA com inclinao -(RC+RL)/(RLRC)

Como escolher RC para obter o rendimento mximo? Qual ser o rendimento mximo? No demonstrado aqui: Condio de rendimento mximo : RC = 2RL e max = 1/(6 + 4 2) = 8,57% ... Ainda mais baixo!

Prof. Gil Pinheiro

Resumo dos amplificadores Classe A j vistosRLiC VCC

+ IC iC + iL -

VCCiC

RC+ VCC

+vCE

+ iL

+vCE

Q1

max = 25%

RLmax = 25%

vCE

Q1

-

RL

Q1

-

max = 8,57% A componente CA de iC circula na carga e na resistncia de polarizao. Na resistncia de polarizao se dissipa as componentes CC e CA.

A carga dissipa a componente continua.

A fonte de corrente dissipa a componente continua.

possvel conseguir que os elementos e circuitos de polarizao no dissipem energia CC ou CA?

UERJ - Circuitos de Comunicao

Toda a componente CA de iC circula na carga.

Toda a componente CA de iC circula na carga.

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorCircuito bsico

LCHPolarizao

iCRg

+

-

VCC

+ iRLvCE

Q1

A bobina LCH deve apresentar uma impedncia muito maior que RL na freqncia de trabalho

UERJ - Circuitos de Comunicao

+

-

RL

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorCircuito equivalente

LCHiC + VCC iC

LCH

RLVCC

+ iRLvCE

+ RLvCE

iRLUERJ - Circuitos de Comunicao

Q1

-

Q1

-

Em ambos casos: Toda a componente CA de iC circula na carga. Na bobina (indutor perfeito), no h dissipao de potncia.

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorOutra possibilidade de implementao, com um grau de liberdade maior

Lm RLiC 1:n iC iRL vCE VCC

RLVCC

+vCE

iRL

+ Q1 -

RL = RL/n2 iRL = iRLn

como no caso anterior: Toda a componente CA de iC circula na carga (modificada pela relao de transformao do transformador). No transformador (ideal), no h dissipao de potncia.

UERJ - Circuitos de Comunicao

Q1

-

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorCircuito em estudo

LCHiC

RLVCC

iC

Reta de carga CC

IB

+vCE

iRLUERJ - Circuitos de Comunicao

Q1

-

Reta de carga CA com inclinao -1/RL

VCC

vCE

Ponto de trabalho

Como se deve escolher o ponto de operao para obter o mximo rendimento possvel?

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorLCHiC

RLVCC

iC

Reta de carga CC

IB

+vCE

iRL

Q1

-

Reta de carga CA com inclinao -1/RL

A componente CA no transistor a mesma que na carga

iC1

vCE VCCtUERJ - Circuitos de Comunicao

PRF = (ic1RL)2/(2RL) PCC = ic1VCC = PRF/PCC = ic1RL/(2VCC)

VCC+iC1RL

O mximo valor de ic1RL ic1RL = VCC e portanto max = 1/2 = 50%. O rendimento melhorou mas ainda baixo!

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorSituao com mximo sinal que se pode operar

iCLCHiC

Reta de carga CC

RLVCC

2iC1

IB

+vCE

iRL

iC1=VCC/RL t

Q1

-

VCC

2VCC

Qual o rendimento quando o sinal no o mximo possvel?

t

UERJ - Circuitos de Comunicao

max = 50%.

vCE

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorSituao com excurso do sinal abaixo do mximo

LCHiC

RLVCC

iC2VCC/RL

Reta de carga CC

IB

+vCE

iRL

iCInclin. -1/RL

Q1

t

vCE VCC 2VCC vCEtUERJ - Circuitos de Comunicao

PRF = (vCE)2/(2RL) PCC = VCC2/RL = PRF/PCC = 0,5(vCE/VCC)2

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorCom transistores reais (no idealizados)

2VCC/RL

iC

Reta de carga CC

IB

(VCC-vCE sat)/RL

Inclin. -1/RL

vCE PRF = PCC = VCC(VCC-vCE sat)/RL = 0,5(VCC-vCE sat)/ VCCt

(VCC-vCE sat)2/(2RL)

vCE sat

VCC-vCE sat

UERJ - Circuitos de Comunicao

VCC

2VCC

Prof. Gil Pinheiro

Amplificador Classe A com polarizao por bobina de choque no coletorvce(mt, pt) vp Sinal modulado em amplitude vm 2VCC/RL

iC

Reta de carga CC

IB

vce(mt, pt) = vCE(mt)sen(pt) vCE(mt) = vp[1 + msen(mt)] m = vm/vp (mt) = (mt) = 0,5[