RADIOCOMUNICACIONES.

En los transmisores se usan principalmente tres tipos de amplificadores de potencia:

● Lineales.
● clase C.
● por conmutación.

Los amplificadores lineales proporcionan una replica perfecta de la señal de entrada a la salida amplificada. Su salida es directamente proporcional a su entrada. Como has estudiado en los cursos de electrónica, los amplificadores de audio son lineales. Este tipo de amplificador es el que se utilizará para señales de AM y de BLU ya que varían en amplitud.

Como las señales de FM no varían en amplitud es mejor usar otros tipos de amplificadores como por ejemplo amplificador en clase C o el amplificador de conmutación, los cuales tienen mejor rendimiento para este tipo de señales.

Amplificadores lineales

Los amplificadores lineales operan en clase A, B o AB (vease Amplificadores). Recuerda que la clase de un Amplificador indica la forma en que se polarizará. Así por ejemplo, un amplificador clase C se polariza de tal modo que conduce corriente de manera continua. La polarización se ajusta para que la entrada haga variar la corriente de colector en la región activa del transistor. Como consecuencia, su salida es una reproducción lineal amplificada de la entrada. Se dice que un amplificador clase C conduce 360º de la onda de entrada.

En un amplificador clase B la polarización se hace que cuando a la entrada del mismo no hay señal, no se produzca ninguna corriente de salida. En esta situación, el transistor solo conduce la mitad de la entrada de onda senoidal (es decir 180º). Traducido: implica que solo conduce un semiciclo de la señal de entrada. Este tipo de amplificador suele tener una configuración de push-pull con dos transistores en los que cada uno conduce en un ciclo diferente de la señal.

En un amplificador clase AB, se polariza cerca del corte pero con cierto flujo de corriente continuo del colector. Con esto se consigue que el transistor conduzca más de 180º, pero menos de 360º de la señal de entrada. Proporciona mayor fiabilidad que un amplificador clase B y también utilizan amplificadores push-pull.

Por último los amplificadores clase A son lo menos eficientes. Por eso se suelen utilizar como amplificadores de potencia de potencias medias o bajas potencias.

Amplificador en clase A.

En un sistema de transmisor de RF, el amplificador clase A recibe la señal de la oscilación de la portadora. El condensador de acoplo hace que la señal se transfiera al circuito.

En el circuito anterior puedes ver como la entrada de RF se conecta a una la base mediante un circuito de acoplamiento de impedancias formado por C3, C2 y L1. La salida se acopla a una carga con la red de acoplamientos formado por C4, L3 y C5.

Eligiendo un transistor adecuado, la potencia generada puede ser de 100W (utilizando un refrigerador adecuado también). Por la limitación del transistor se pueden alcanzar frecuecnias de hasta 30MHz.

Ten en cuenta que el amplificador clase A obtiene una eficacia del 50% lo que implica que solo la mitad de la potencia del amplificador se convierte en RF mientras que el resto de potencia se disipa en el transistor.

Neutralización.

Si el amplificador resuena a una frecuencia mucho más alta que la frecuencia de sintonía, la oscilación se conoce como oscilación parasitária. En cualquier caso, la oscilación del amplificador reduce la amplificación y genera distorsión.

La autooscilación suele ser el resultado de la retroalimentación positiva que ocurre debido a la capacidad parásita entre los elementos del dispositivo amplificador. Por ejemplo en un transistor bipolar la capacidad residual entre el colector y la base, inyecta parte de la salida a la entrada.

Dependiendo de la frecuencia de la señal, el valor de la capacitancia, los valores de las inductancias y las capacidades parásitas del circuito, la realimentación de la señal puede estar en fase con la señal de entrada y tener una amplitud lo suficientemente alta como para producir oscilación.

Como esta capacidad interna no puede neutralizarse, habrá que compensar de alguna forma su efecto. Este proceso es la neutralización.

El concepto de la neutralización consiste en realimentar por el condensador C_BC otra señal con la misma amplitud que la señal realimentada, pero con un desfase de 180º respecto a ella.

Existen varios circuitos para la neutralización como por ejemplo el usar una autoinducción en paralelo con el condensador parasitario para hacer que la señal se inyecte a la base pero con fase opuesta.

El condensador es de alta capacidad con el fin específico de bloquear la corriente continua y evitar que la tensión de colector se aplique a la base. Como la inductancia es variable, se puede ajustar para que la reactancia del inductor sea igual que la reactancia del condensador parásito a la frecuencia de oscilación. De esta forma, tanto el condensador parásito como la inductancia forman un circuito resonante paralelo en el cual a la frecuencia de resonancia la resistencia es muy alta por lo que se cancela la realimentación positiva.

Otro circuito neutralizador es el que se muestra a continuación:

El condensador en paralelo con el sistema antirresonante del colector (junto a las dos mitades de la inductancia), forman un circuito puente:

Cuando C_n se ajusta para ser igual que C_bc, el puente está balanceado y no aparece ninguna señal de realimentación V_f.

Amplificador en clase B.

La mayoría de los amplificadores tienen un límite superior de potencia. Para obtener más potencia se suele emplear dos o tres dispositivos en paralelo.

La anterior figura muestra un amplificador de potencia en configuración push-pull. La señal de excitación RF se aplica a Q1 y Q2 a través del transformador de entrada que proporciona a los transistores las señales de acoplamiento de impedancias desfasadas 180º entre si. El transformador de salida acopla las impedancias a la antena o carga. La polarización del sistema la proporciona R1 y D1.

La clase B significa que los transistores se polaricen justo en el punto de corte, es decir que no conducirán hasta que se aplique 0,6 o 0,8V de polarización.

En el semiciclo positivo Q1 conducira mientras que Q2 se mantendrá al corte. dicha conducción inducirá en el secundario del transformador de salida. El semiciclo negativo de RF, hará conducir a Q2 mientras que Q1 está al corte. En el secundario del transformador de salida se reproducirá otra tensión equivalente.

En ambos ciclos la señal RF se ha reproducido en el secundario del transformador completando un ciclo completo.

Con el circuito anterior se pueden obtener varios cientos de vatios

En la figura anterior se muestra otro amplificador de potencia de RF en push-pull. En este caso con amplificadores MOSFET de potencia. Este circuito puede producir una salida de potencia de hasta 1KW en un intervalo de 10MHz hasta los 90MHz con una ganancia de potencia de 12db. Eso si, la potencia de excitación debe de ser alta (del orden de los 63W), para producir una salida de 1KW. Además los transformadores de entrada y salida son del tipo toroide que acoplaran las impedancias a una frecuencia de salida de entre 10MHZ y 90MHZ. Los inductores de 20nH y las resistencias de 20Ω ofrecen la neutralización proporcionando realimentación desfasada desde la salida a la entrada para evitar la autooscilación.

Amplificadores clase C.

En la gran mayoría de los amplificadores transmisores de RF, la configuración prioritaria será clase C.

El amplificador clase C se caracteríza porque conduce al menos 180º de la señal de entrada (su ángulo de conducción suele rondar entre el 90º al 150º). Esto significa que la corriente fluye en el durante impulsos cortos.

Pensarás que entonces hay una distorsión de cruce de la señal de entrada, ¿verdad? Pues no existe dicha distorisión y además se coge la señal completa, porque se usa un circuito sintonizado resonante.

Principio de funcionamiento.

El transistor conducirá en los semiciclos positivos y querará al corte en los negativos. Además, como el transistor tiene una barrera de potencial de 0.7V, no conducirá hasta que dicha barrera sea vencida, es decir no conducirá hasta que la señal de entrada sea superior a 0,7V.

Esto implica que la corriente por el colector no circula mientras la señal de la base sea positiva y mayor de 0.7V, lo que hace que la corriente de colector sea de pulsos positivos durante menos de 180º.

Se puede ajustar la red de polarización cuando se necesita que el transistor reduzca el rango de ángulo de conducción de la señal. Por ejemplo al introducir un condensador de acoplo donde se aplica la señal.Cuando la unión base-emisor del transistor conduce, el condensador se carga hasta el valor pico del voltaje aplicado, menos la caída de tensión Vbe. Cuando llega el semiciclo negativo, el transsitor permanece al corte, pero el condensador se descarga a través de la resistencia, lo cual hace que, durante un lapso de tiempo, el transistor conduzca pero solo en los picos. A mayor polarización inversa del condensador, más cerrado será al ángulo de conducción de señal. Este método se llama polarización de señal.

También se podía aplicar una polarización de continua negativa a través de la base, pero deberías de poner un choque RF para evitar que la señal se fuera a masa a través del componente. O también se puede utilizar otro choque para autopolarización usando otros componentes como se ve en la imagen siguiente:

En el anterior circuito, cuando por el transistor fluye corriente, la resistencia de emisor tiene una caída de tensión. El condensador se carga a dicha tensión haciendo que el emisor sea más positivo que en la base, lo que es equivalente a que la base tenga un voltaje negativo.

Obviamente, para que se produzca los procesos mencionados, el voltaje de la señal ya debe de ser alta.

Salida del amplificador C.

La funcionalidad de éste circuito es completar una onda senoidal completa. Del curso de electrónica general sabes que un circuito resonante paralelo resonará a la frecuencia de resonancia cuando reciba un pulso de corriente directa. El pulso cargará el condensador que a su vez se descargará en el inductor. El campo magnético en el inductor se incrementará y, después se colapsará produciendo la inducción de un voltaje. Este voltaje inducido cargará el condensador en dirección opuesta. El intercambio de energía entre el condensador y el inductor se llama efecto volante y produce una onda senoidal atenuada a la frecuencia de resonancia.

Si el circuito resonante recibe un pulso de corriente en cada ciclo, el voltaje del circuito sintonizado será una onda senoidal de amplitud constante a la frecuencia de resonancia. Es decir, que cuando el transistor reciba pulsos a su entrada, a la salida será una onda senoidal completa y sin pulsos.

Además el circuito sintonizado tiene otra función como la de eliminar los armónicos no deseados (y que están prohibidos en las transmisiones de RF porque ocupan ancho de banda). Los pulsos cortos de entrada en un amplificador clase C se componen de armónicos de orden segundo, tercero, cuarto, quinto, etc., etc. Con el circuito sintonizado, estas armónicas se suprimen en el interior del mismo ya que dicho circuito actúa como un filtro eliminando las armónicas de orden superior.

Existen otros pasos intermedios, como etapas, multiplicadores de señal, amplificadores por conmutación, multiplexores, etc., etc., pero aquí he cubierto lo fundamental de la clase.