Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
upload
Upload






























AMPLIFICATOARE DE RADIOFRECVENTA DE PUTERE

tehnica mecanica


AMPLIFICATOARE DE RADIOFRECVENTA DE PUTERE



4.1 GENERALITATI




Un amplificator de radiofrecventa de nivel mare (amplificator de radiofrecventa de putere - ARFP) este caracterizat de patru parametrii importanti:

Ø     puterea continua aplicata la amplificator. Aceasta este puterea furnizata montajului de catre sursa de alimentare (puterea absorbita);

Ø     puterea (puterea utila) debitata de amplificator pe sarcina . Aceasta putere este masurata, in general, in regim sinusoidal;

Ø     puterea (puterea de intrare) alternativa, aplicata la intrarea amplificatorului. Ea este intotdeauna mai mica decat ;

Ø     puterea disipata (sub forma de caldura si radiatii) de catre amplificator.

Fig.1


Aceste patru marimi sunt legate prin relatia (conservarea puterilor):


,


iar raportul este egal cu castigul G in putere al amplificatorului. La frecvente joase castigul G este suficient de mare, astfel incat, in relatia precedenta, se poate neglija . La frecvente mari, castigul unui etaj de amplificare de nivel mare este mult mai scazut, fapt pentru care este necesar sa tinem cont de in bilantul puterilor (la frecvente foarte mari, G poate fi de ordinul a 6÷10 dB).

Exista doua caracteristici importante ale unui etaj de amplificare de putere:

Ø     liniaritatea, care se caracterizeaza prin faptul ca semnalul debitat pe sar 959f56j cina trebuie sa reproduca cat mai fidel posibil semnalul de la intrare;

Ø     randamentul notat cu trebuie sa fie cat mai mare posibil (limita teoretica fiind 1).

Cerinta privind obtinerea unei bune liniaritati este, in general, in contradictie cu cea privind obtinerea unui randament ridicat si, ca urmare, natura semnalului amplificat va privilegia una sau alta dintre caracteristici.

De exemplu, intr-un emitator TV, cerinta principala este liniaritatea; pentru un astfel de semnal de spectru foarte larg, neliniaritatile degradeaza sensibil calitatea imaginilor transmise, astfel ca, etajele de nivel mare prezinta un randament de ordinul a 30÷40%. In schimb, in radiodifuziunea cu modulatie de frecventa, unde semnalul este de amplitudine constanta, se poate optimiza randamentul etajelor de nivel mare.

Printre alte caracteristici ale unui ARFP mai putem enumera:

Ø     gama frecventelor de lucru: fmin ÷ fmax;

Ø     largimea de banda

o       ARFP selective sau de banda ingusta;

o       ARFP de banda larga;

Ø     atenuarea armonicilor frecventei purtatoare;

Ø     impedanta de intrare;

Ø     impedanta de sarcina;



4.2. Principalii parametri


4.2.1 Puterea utila


Puterea utila , a unui etaj ARFP poate varia in limite foarte largi, in functie de locul etajului in lantul de emisie si de destinatia emitatorului, de la ordinul watt-ilor la ordinul kilowatt-ilor.

Practic, aceasta putere este limitata de puterea disipata admisa de tipul de element activ (EA) utilizat. La alegerea punctului static de functionare, indiferent de clasa de functionare a EA, trebuie sa se aiba in vedere ca dreapta de sarcina sa se gaseasca sub hiperbola de disipatie (de exemplu - clasa A - in fig.). Pe langa , orice EA este caracterizat de un curent maxim ce il poate strabate (IM) si de o tensiune maxima admisa pe electrozii de iesire (VCEM), mai mica decat tensiunea de strapungere a EA. Ca urmare, trebuie avut in vedere ca valorile maxime ale curentului si tensiunii de colector sa nu depaseasca valorile maxime admise.

Pe baza tuturor acestor considerente se pot stabili, pentru o anumita clasa de functionare, valorile lui si, respectiv, amplitudinile fundamentalei curentului de colector si a tensiunii de iesire VC, pe baza carora putem stabili puterea utila obtinuta cu EA ales:

.



Fig. 2 Valorile limita ale curentului si tensiunii de colector


Uneori, puterea utila astfel determinata este mai mica decat ceea ce ne doream sa obtinem. Din analiza expresiei lui rezulta posibilitatea cresterii acesteia prin:

Ø     multiplicarea tensiunii de colector VC;

Ø     multiplicarea curentului de colector ,

ceea ce determina majorarea puterii utile totale:


Practic, multiplicarea tensiunii de colector este posibila prin conectarea in serie a doua elemente active, constituind doua ARFP ce lucreaza in contratimp.


Fig. 3 Conectarea serie a EA


iC(t)

 

iC(t)

 

C

 

C



 

VCC

 

VC

 

Fig.4 Schema in contratimp


Numarul de EA utilizate in fiecare ARPF poate fi la randul sau dublat daca folosim doua EA conectate in paralel, fapt ce ne permite dublarea curentului in sarcina. Acest mod de conectare este prezentat in fig. 5:

Fig.5

Astfel, utilizand o schema combinata putem sa ajungem la o putere utila de patru ori mai mare decat cea realizata cu un singur EA. Cresterea in continuare a puterii utile este posibila utilizand sisteme de insumare a puterii mai multor ARFP realizate cu transformatoare de banda larga.



4.2.2 Liniaritatea ARFP


Liniaritatea unui ARFP este caracterizata cu ajutorul functiei de transfer a acestuia ce pune in evidenta dependenta puterii de iesire de puterea aplicata la intrare: Pies = f (Pint), de regula cu puterile exprimate in dBm:



Fig.6


O prima modalitate de apreciere a liniaritatii unui ARFP este cu ajutorul coeficientului distorsiunilor armonice, care insa nu caracterizeaza in mod deosebit functionarea ARFP de radiofrecventa, mai ales cand sarcina acestuia este selectiva si inlatura armonicele superioare.

O alta modalitate de apreciere a liniaritatii unui ARFP este cu ajutorul punctului de compresie cu 1dB, care se determina grafic prelungind dreapta ce defineste zona liniara de functionare a ARFP si stabilind pe aceasta punctul fata de care caracteristica reala este la o distanta de 1dB (vezi figura 7). Cu cat acest nivelul semnalului de intrare corespunzator este mai mare, cu atat liniaritatea ARFP-ului este mai buna.


Fig. 7 Punctul de compresie cu 1dB


Testarea liniaritatii ARFP folosind metodele mentionate se face cu un singur semnal de test, ceea ce nu intotdeauna este elocvent, indeosebi in cazul unor ARFP utilizate pentru transmiterea semnalelor multiplex, de banda larga, situatie in care liniaritatea ARFP poate conduce la aparitia unor componente spectrale noi, rezultate in urma unor combinatii intre fundamentalele sau armonicele componentelor din spectru de baza. In acest caz aprecierea liniaritatii se face cu ajutorul produselor de intermodulatie de ordinul doi, ce presupune combinatii de forma ω1 ± ω2 si a celor de ordinul trei de forma 2ω1 ± ω2 (fig. 8). Testarea, in acest caz, presupune utilizarea unui semnal de intrare biarmonic (doua semnale de amplitudini egale si frecvente diferite, de dorit prime intre ele):



Pentru a determina produsele de intermodulatie vom aproxima caracteristica neliniara a ARFP cu o forma polinomiala:



Fig. 8 Testarea cu semnal biarmonic

Presupunand ca semnalele de test au amplitudini si faze initiale egale, componentele de intermodulatie de ordinul trei, de forma cos(2ω1t - ω2t) sau cos(2ω1t + ω2t) sunt generate de termenul , iar cele de ordinul doi de termenul .

Pentru a caracteriza liniaritatea ARFP in acest caz se folosesc notiunile:

Ø     punct de interceptie de ordinul 2 - IP2;

Ø     punct de interceptie de ordinul 3 - IP3,

a caror interpretare grafica este prezentata in figura 9.



Fig. 9 Punctele de interceptie


Punctul de interceptie de ordinul trei (IP3) are coordonatele , respectiv si se gaseste la intersectia dreptei de panta 1:1, care caracterizeaza functionarea in regim liniar a ARFP, cu dreapta de panta 3:1, caracteristica produselor de ordinul trei, deoarece:


,

iar in dBm:

.


Ecuatia acestei drepte poate fi exprimata prin:





unde - reprezinta puterea uneia din fundamentalele semnalului de intrare in dBm, iar y - reprezinta puterea produselor de intermodulatie de ordinul trei corespunzatoare, tot in dBm, la iesirea amplificatorului - .

Fig. 10 Punctul de interceptie de ordinul trei


In fig. 10 este reprezentata dependenta puterii de iesire pentru o frecventa fundamentala a semnalului de intrare in functie de puterea de intrare, considerand o panta unitara a portiunii liniare, precum si modificarea puterii produselor de intermodulatie de ordinul trei odata cu fundamentala. Panta acestei din urma caracteristici va fi trei. Punctul de interceptie de ordinul trei se poate raporta la oricare din portile amplificatorului - la poarta de intrare - IP3i, respectiv de iesire - IP3ies. Intre cei doi parametri va exista relatia:


.


In aceste conditii, puterea produselor de intermodulatie de ordinul trei la iesire, in functie de puterea de intrare a unui singur semnal fundamental, de castigul ARFP si de punctul de interceptie de ordinul trei la iasire IP3ies (totul exprimat in dB) va fi:

.


Intre puterea de la intrarea ARFP si cea de la iesirea sa, in conditiile unei functionari liniare, exista legatura:


.


Folosind aceasta relatie, amplitudinea produselor de intermodulatie de ordinul trei se poate exprima in functie de puterea semnalului la iesire si punctul de interceptie de ordinul trei astfel:


.

Din cele prezentate pana acum, rezulta ca punctul de interceptie de ordinul trei este o notiune pur teoretica, deoarece, practic nu se poate obtine intersectia celor doua caracteristici din cauza intrarii in regim de limitare a ARFP (vezi fig. 10). De regula, punctul de compresie cu un dB se afla cu aproximativ 10 dB sub punctul de interceptie de ordinul trei. Acesta din urma poate fi determinat practic la o putere a semnalelor de intrare pentru care ARFP-ul nu a intrat inca in limitare, analizand spectrul semnalului obtinut la iesire in aceste conditii (vezi fig. 11).


Fig. 11 Determinarea punctului de interceptie de ordinul trei


Cunoscand puterea unei fundamentale si a unui produs de intermodulatie de ordinul trei la iesirea ARFP, pornind de la ultima relatie putem determina punctul de interceptie de ordinul trei, raportat la iesire:


.


Uneori, pentru determinarea punctului de interceptie de ordinul trei se foloseste si notiunea de factor de rejectie de ordinul trei raportat la iesire - RR3ies, (rejection ratio) definit ca raportul dintre puterea fundamentalei si puterea produselor de intermodulatie de ordinul trei, la iesire (in dBm - diferenta acestora, asa cum se observa si in graficul din fig. 9).

Pornind de la ultima relatie, putem scrie ca:


.


In mod similar putem proceda pentru a determina puterea produselor de intermodulatie de ordinul doi, pornind de la relatia:


,

unde - reprezinta puterea uneia din fundamentalele semnalului de intrare in dBm, iar y - reprezinta puterea produselor de intermodulatie de ordinul doi corespunzatoare, tot in dBm, la iesirea amplificatorului - . Astfel, puterea produselor de intermodulatie de ordinul doi, cand cunoastem parametrul va fi:

.


Daca putem masura puterea uneia din fundamentalele semnalului si puterea produselor de intermodulatie de ordinul doi sau factorul de rejectie RR2ies corespunzator, atunci punctul de interceptie de ordinul doi, raportat la poarta de iesire a ARFP va fi:




4.2.3 Randamentul ARFP


Principalul indicator al eficientei energetice a unui ARFP este randamentul acestuia, care pune in evidenta pierderile relative de energie pe EA. Cu cat aceste pierderi sunt mai mici, pe langa castigul energetic se imbunatateste si regimul termic al EA, creste siguranta in functionare si apare posibilitatea cresterii puterii utile.

Pentru a determina randamentul ARFP vom porni de la schema de principiu a acestuia:

Fig. 12 ARFP clasa A


Intre electrozii de comanda ai EA se aplica tensiunea de excitatie



si tensiunea de polarizare Vp . Valoarea instantanee a tensiunii de polarizare va fi



Sub actiunea tensiunii de excitatie va avea loc o modificare a curentului de iesire fata de valoarea initiala din punctul static de functionare:



care, la randul sau va determina o cadere de tensiune pe Rs­­­­­­.

In aceste conditii, valoarea instantanee a tensiunii dintre electrozii de iesire ai EA este:


comp.continua comp.alternativa


Prin urmare, puterea absorbita de la sursa PA=IQVcc se regaseste in:

Ø     puterea utila (a componentei alternative):


Ø     puterea disipata inutil pe sarcina de catre componenta de curent continuu:


Ø     puterea disipata pe EA :


Definim randamentul energetic al ARFP:



Rezulta ca, cu cat PU este mai mare ca PD , randamentul creste, tinzand teoretic catre 1. Facand inlocuirile necesare vom obtine:


.


Din analiza acestei relatii rezulta urmatoarele metode de crestere a randamentului energetic (η):

Ø     micsorarea valorii lui IQ folosind clasa adecvata (B sau C);

Ø     cresterea valorii lui V0 catre valoarea lui Vcc prin utilizarea unor elemente reactive in paralel cu RS (inductante, circuite oscilante, transformatoare de impedanta).



4.2.4 Atenuarea armonicelor frecventei purtatoare


O oscilatie de forma sinusoidala de putere se poate obtine prin filtrare. Acest lucru se poate realiza fie conectand ca sarcina in ARFP un circuit oscilant derivatie - C.O., fie un filtru trece jos - FTJ.

Prima varianta este din ce in ce mai rar utilizata deoarece, pentru a asigura o atenuare corespunzatoare a armonicilor frecventei purtatoare, este necesar ca majoritatea etajelor amplificatorului de putere sa contina C.O. acordabile in gama frecventelor de lucru, ceea ce complica enorm sistemul si procedura de acord a emitatorului pe frecventa de lucru.

Odata cu utilizarea sintetizatorului de frecventa pentru generarea purtatoarei, pentru adaptarea sistemului de acord al emitatorului la metode digitale se utilizeaza, cu precadere, etaje ARFP de banda larga, iar la iesirea amplificatorului de putere se conecteaza un FTJ ce imparte gama frecventelor de lucru in game suboctavice, atenuarea in banda de blocare a filtrului fiind corelata cu atenuarea impusa pe armonicele purtatoarei.

Avand in vedere ca pentru a obtine puteri utile mari se folosesc, de regula, scheme in contratimp, care prezinta avantajul teoretic de anulare a armonicilor de ordin par, pentru a nu supradimensiona circuitele de filtraj, se poate alege un regim de functionare a ARFP cu un unghi de deschidere ce asigura un nivel minim posibil al armonicii a 3-a a purtatoarei.

Amplitudinea celorlalte armonici deja devine neglijabila, astfel incat forma de unda la iesirea emitatorului se apropie de o sinusoida.






Document Info


Accesari: 4320
Apreciat: hand-up

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site


in pagina web a site-ului tau.




eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare

Politica de confidentialitate | Termenii si conditii de utilizare




Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2024 )