AMPLIFICATOARE DE RADIOFRECVENTA DE PUTERE IN CLASA A

AMPLIFICATOARE DE RADIOFRECVENTA DE PUTERE IN CLASA A

Amplificatoarele in clasa A sunt acele amplificatoare la care punctul static de functionare si nivelul semnalului de intrare sunt astfel alese incat EA conduce p 323g64d e intreaga perioada a semnalului de excitatie, iar in lipsa acestuia este parcurs de un curent continuu I_CQ. Prin urmare, dupa cum se observa si din fig. 13, se utilizeaza zona liniara a caracteristicilor EA, ceea ce asigura o amplificare cu distorsiuni minime intr-o gama larga de frecvente.

Fig. 13 Alegerea regimului de functionare a unui EA in clasa A

Schema unui ARFP clasa A se aseamana foarte mult cu cea a unui amplificator de semnal mic. In practica, EA are o impedanta de iesire complexa, ceea ce necesita prezenta unei retele de adaptare, insa, in cele ce urmeaza nu vom analiza astfel de aspecte, ele fiind abordate in cadrul altor cursuri (semnale si sisteme, circuite de microunde).

In fig. 14 a) este prezentata schema de principiu a unui etaj ARFP clasa A selectiv. Socul de radiofrecventa, Soc2, asigura blocarea curentului de radiofrecventa, care, altfel, ar circula prin sursa de alimentare, iar capacitate de separare, C_out, face ca punctul static de functionare sa nu fie influentat de sarcina in curent alternativ. Daca EA este polarizat astfel incat punctul static de functionare se afla in centrul regiunii liniare, iar peste componenta continua de polarizare se aplica semnalul de excitatie, atunci valoarea instantanee a tensiunii baza-emitor (grila-sursa) si, respectiv, a curentului de colector (drena) va fi:

respectiv

unde , reprezinta tensiunea, respectiv curentul din punctul static de functionare, asigurate de sursele de alimentare, iar si - valorile de varf ale tensiunii de excitatie si curentului sinusoidal de radiofrecventa produs de EA sub actiunea acesteia.

a) b)

Fig. 14

Curentul absorbit de la sursa de alimentare este egal cu cel din punctul static de functionare, din cauza influentei socului de radiofrecventa, adica:

De asemenea, din cauza capacitatii de separare, curentul de iesire va fi:

Daca elementele schemei sunt considerate ideale, atunci tensiunea de iesire va fi egala cu:

iar valoarea instantanee a tensiunii de colector:

Pentru a se evita ca EA sa ajunga in zona de limitare, tensiunea de colector, , trebuie sa fie intotdeauna pozitiva. Energia acumulata in socul de radiofrecventa (inductor) permite tensiunii de colector sa depaseasca tensiunea de alimentare, ca si in cazul amplificatoarelor cu transformator de cuplaj. Aceasta face posibil ca limita valorii de varf a semnalului de iesire sa fie , comparativ cu valoarea /2, specifica amplificatoarelor in clasa A de joasa frecventa cu sarcina rezistiva. In practica, excursia maxima a semnalului este mai mica decat , deoarece tensiunea de saturatie a tranzistorului este diferita de zero.

Pentru ca forma curentului de iesire sa fie sinusoidala este necesar ca si curentul de iesire sa fie intotdeauna pozitiv, astfel incat:

(3.7)

Puterea absorbita de la sursa de alimentare va fi:

iar puterea utila la iesire (radicalul din valoarea medie patratica - RMS):

(3.9)

Prin urmare, randamentul etajului va fi:

Puterea disipata pe EA reprezinta diferenta dintre puterea absorbita si puterea utila, fapt pentru care aceasta va reprezenta peste 50% din puterea absorbita de un etaj in clasa A, ceea ce impune ca, in proiectare sa se ia masuri de racire a EA, scazand astfel eficienta acestui tip de etaj.

In ARFP clasa A utilizate in practica, la iesire vor exista componente armonice de ordin superior din cauza neliniaritatii EA, care trebuie sa fie indepartate. Aceasta se poate realiza fie prin alegerea atenta a retelei de adaptare (intr-o structura de tip filtru trece jos), fie prin utilizarea unor filtre separate. Acest lucru permite ca, atunci cand amplificatorul trebuie sa functioneze intr-o gama larga de frecvente, in sarcina acestuia sa folosim transformatoare de banda larga cu linii de transmisiune (vezi fig. 14 b)). Efectul componentelor armonice asupra eficientei amplificatoarelor in clasa A poate fi neglijat, deoarece acestea vor reprezenta, de regula, cam a suta parte din puterea de iesire a unui etaj tipic.

Efectul valorilor finite ale tensiunii de saturatie a dispozitivelor utilizate practic la realizarea ARFP conduce la reducerea eficientei energetice calculate anterior. Valoarea maxima a tensiunii alternative din colector se va reduce la:

Astfel, in (3.7) si (3.9) trebuie inlocuit cu , iar randamentul se reduce cu factorul /. In aceste conditii, randamentul maxim devine:

Valorile lui si, ca urmare, cele ale lui sunt dependente de frecventa. La frecvente joase (, unde reprezinta frecventa de taiere a EA), EA are suficient timp pentru a iesi complet din saturatie si va lua valoarea de 0,2V, tipica pentru dispozitivele cu siliciu. La frecvente inalte tensiunea medie de saturatie va creste si poate deveni mai mare de cativa volti la frecventa maxima de lucru a EA.

In cazul dispozitivelor MOS exista un efect similar saturatiei, datorat rezistentei de conductie a tranzistorului, . In acest caz, valoarea maxima a tensiunii alternative din drena se va reduce la:

In practica randamentul ARFP in clasa A nu depaseste 30÷40% cu distorsiuni minime. In plus, trebuie mentionat ca, in absenta excitatiei acestea absorb o putere considerabila, care depaseste puterea oscilatiilor. Din aceste considerente ARFP in casa A nu sunt utilizate pentru obtinerea unor oscilatii de putere mare ci, numai ca amplificatoare separatoare si draivere, adica etaje preamplificatoare in tensiune.