amplificadores radiofrecuencia y frecuencia intermedia2
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INTRODUCCCION
En esencia, telecomunicaciones electrónicas son la transmisión, recepción y procesamiento de información usando circuitos electrónicos. La información se define como el conocimiento, la sabiduría o la realidad y puede ser en forma analógica (proporcional o continua), tal como la voz humana, información sobre una imagen de vídeo, o música, o en forma digital (etapas discretas), tales como números codificados en binario, códigos alfanuméricos, símbolos gráficos, códigos operacionales del microprocesador o información de base de datos. Toda la información debe convertirse a energía electromagnética, antes de que pueda propagarse por un sistema de comunicaciones electrónicas.
Las comunicaciones de RF juegan un papel muy importante, especialmente en las comunicaciones Civiles. Son múltiples las aplicaciones, en la transmisión de emisoras de Radio, TV y radio aficionados. En la radiodifusión utilizamos un receptor superheterodino el cual es un receptor de ondas de radio que utiliza un proceso de mezcla de frecuencias o heterodinación para convertir la señal recibida en una frecuencia intermedia fija, que puede ser más convenientemente elaborada (filtrada y amplificada) que la frecuencia de radio de la portadora original. Prácticamente todos los receptores modernos de radio y televisión utilizan el principio superheterodino. La finalidad de la etapa de frecuencia intermedia (FI), es la de obtener a su salida ya demoduladas las señales de audito y vídeo, una por cada lado para seguir cada una sus respectivos circuitos. La Frecuencia intermedia (FI) a la Frecuencia que en los aparatos de radio se emplean el principio superheterodino se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en antena con una frecuencia variable generada localmente en el propio aparato mediante un oscilador local (OL) y que guarda con ella una diferencia constante. Esta diferencia entre las dos frecuencias es precisamente la frecuencia intermedia.
¿Qué implica el termino RF?
El término RF se refiere a la abreviación de Radiofrecuencia, en
telecomunicaciones usamos es término básicamente una emisión
electromagnética que se produce mediante un circuito oscilador que genera
frecuencias superiores a las ultrasónicas, es decir, por encima de 30 KHz.
Estas oscilaciones se amplifican eléctricamente y se trasladan a una antena,
que será la encargada de liberarla. Esa radiofrecuencia (RF) deberá ser
modulada por circuitos electrónicos de forma que nos sea útil para
transportar la información que precisemos, sean datos digitales, tonos o voz.
También será necesario un equipo receptor, compuesto de una antena, el
propiamente denominado receptor, adecuado a la frecuencia a recibir, y un
circuito demodulador para obtener la información de la señal de RF la
información que nos es transmitida. La potencia de transmisión de RF será
adecuada a la distancia que nos encontremos del receptor, así como de las
condiciones que influyen en la transmisión.
Espectro de trabajo para las RF
¿Qué es un amplificador de RF?
Los amplificadores son circuitos que se utilizan para aumentar el valor de la
señal de entrada generalmente muy pequeña y así obtener una señal a la
salida con una amplitud mucho mayor a la señal original, En los amplificador
RF se produce la elevación de la potencia de la señal, generada de otra etapa
precedente, hasta los niveles requeridos por el diseño para ser aplicada a la
antena. En esta etapa de amplificación es también donde se aplica la señal
moduladora, obtenida a la salida del amplificador modulador para finalmente
obtener la señal de antena. Algunas veces su uso puede causar que la señal a
la salida del amplificador salga distorsionada causada por una amplificación
muy grande o por efectos propios del amplificador. Estos amplificadores
también pueden encontrarse en la primera etapa de los receptores.
¿Qué características tiene un amplificador de RF?
Un Amplificador RF determina la sensibilidad del receptor, es decir, establece
el umbral de señal, es el principal generador de ruido y por consiguiente es
un factor predominante para determinar la cifra de ruido del receptor
Las Principales características de un amplificador ideal de RF son:
Bajo ruido térmico.
Recordemos que el ruido térmico es eléctrico y es causado por la energía
interna de la materia. Para explicar este fenómeno, el movimiento
browniano nos indica que las partículas producen energía que en general se
disipa en modo de calor. Pero una parte de ella funciona como interferencia
eléctrica. Nyquist, de los laboratorios Bell, observó en 1928 que la
interferencia eléctrica era proporcional a la agitación de electrones
proveniente de lo que denominó “energía browniana”, y estableció la base
para el cálculo. Entre las características más sobresalientes del ruido térmico,
prevalecen que es aleatorio, porque los electrones agitados por la energía
browniana tienen un movimiento aleatorio; es blanco, denominación que
recibe por analogía con la luz blanca, al estar presente en todas las
frecuencias; y es resistivo, porque depende lineal y directamente de la
resistividad del material. El ruido térmico recibe el nombre alternativo de
ruido plano, porque su respuesta es plana
Baja figura de ruido.
La magnitud del ruido generado por un dispositivo electrónico, por ejemplo
un amplificador, se puede expresar mediante el denominado factor del ruido
(F), que es el resultado de dividir la relación señal/ruido en la entrada (S/R)
por la relación señal/ruido en la salida (S/R)sal, cuando los valores del señal y
el ruido se expresan en número simples:
El factor del ruido se expresa en decibelios y se llama figura del ruido, a
través de la formula:
Ganancia de moderada a alta.
Es una magnitud que expresa la relación entre la amplitud de una señal de
salida respecto a la señal de entrada. Por lo tanto, la ganancia es una
magnitud adimensional que se mide en decibelios.
Selectividad moderada.
Es un parámetro con el que se mide la capacidad de este para aceptar una
determinada banda de frecuencias y rechazar las demás. Una de las formas
mas frecuentes de describir la selectividad es simplemente es especificar el
ancho de banda en los puntos de -3db.
¿Cual es el objetivo de utilizar un amplificador de RF?
Un amplificador es un elemento encargado de aumentar la amplitud de la
onda idealmente sin modificarla en absoluto, en su entrada tenemos una
señal con ciertas características eléctricas y a la salida deberíamos tener una
señal con las mismas características excepto en su amplitud. Los
amplificadores usados en circuitos de radiocontrol, se encargan de llevar la
señal hasta que pueda ser captada alrededor de 1,5Km sin distorsión. Para
ello a veces se usan2 o 3 etapas amplificadoras de RF una vez que la señal fue
generada en el oscilador. Los circuitos amplificadores solo se encargan de
elevar la potencia de salida del transmisor como dijimos y solo hasta un nivel
apropiado por varias razones.
1.- Un amplificador es la etapa que mas corriente consume, mientras más
potencia queremos a la salida menos tiempo de batería tendremos, así que
hay que encontrar un punto de equilibrio.
2. El amplificador debe ser lo mas lineal posible para evitar la generación de
armónicos y provocar interferencias hacia los demás receptores
circundantes. Al usar el termino Lineal nos referimos a que no debe
introducir en absoluto una deformación en la señal amplificada.
3. Tiene que tener potencia suficiente como para poder recibir la señal a
1,5Km, normalmente alrededor de los 750mW
¿Cuales son las características de un transistor de RF?
Las etapas amplificadoras de RF cuando se usa transistor amplifican la señal
de RF a un nivel suficientemente elevado para operar la antena. Son
comunes dos tipos de etapas amplificadoras de RF los amplificadores de
voltaje y los amplificadores de poder. Los amplificadores de voltaje preceden
a los amplificadores de poder y generalmente sirven para un doble propósito:
(1) aíslan o amortiguan la fuente de RF del amplificador de poder para
impedir que el último cargue al primero, y (2) suministran una amplificación
de voltaje para operar el amplificador de poder. Por lo general los
amplificadores de voltaje operan como amplificadores de clase A debido a
que la linealidad es un factor importante en el propósito para el que sirven.
Los amplificadores de poder de RF son las últimas etapas activas antes de la
antena de transmisión. Suministran toda la amplificación de potencia
necesaria para radiar la señal de RF al espacio. La eficiencia es de importancia
primaria en las etapas amplificadoras de poder, ya que toda potencia perdida
o no desarrollada significa menos potencia disponible para la radiación. La
mayoría de los amplificadores de potencia de RF operan en clase C debido a
que tiene mayor eficiencia que la clase A o la clase B. Los amplificadores clase
C están polarizados, de manera que normalmente estén en corte. La señal de
entrada debe ser suficientemente positiva (suponiendo un transistor NPN)
para llevar el amplificador del corte a la conducción. Antes de que la señal de
entrada complete los 180 grados del semiciclo positivo, el amplificador
regresa al corte y permanece así durante toda la alternación negativa. La
corriente de salida queda en forma de pulso de duración corta, que fluye
durante menos de 180 grados de la señal de entrada. Durante este tiempo se
entrega energía al circuito de carga. De esa manera, el transistor está cortado
casi todo el tiempo o está operando en la saturación o próximo a ella. En el
estado de conducción cae poco voltaje a través del transistor. Se sigue que la
eficiencia es mejor en la operación en clase C ya que el tiempo de encendido
es corto en comparación con el tiempo de apagado, y en el transistor se
consume muy poca potencia durante la conducción. Los amplificadores de
clase C, utilizados como amplificadores de poder de RF, generalmente operan
a una carga reactiva o sintonizada. El propósito es que la carga pueda
suministrar su propia energía mientras el transistor está en corte,
especialmente si se desea una onda simétrica de salida. Los circuitos
reactivos o sintonizados son los únicos circuitos eléctricos capaces de
almacenar energía y entregarla a una carga cuando se quita la fuente de
energía.
Impedancia de entrada e impedancia de salida del transistor y
amplificador RF
La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la
tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente
varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se
describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su
módulo (a veces impropiamente llamado impedancia) establece la relación
entre los valores máximos o los valores eficaces de la tensión y de la
corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte
imaginaria es la reactancia.
Entre el amplificador final de poder y la antena de transmisión se utiliza una
red de acoplamiento integrado por componentes reactivos. El propósito de
esta red es igualar la impedancia de salida del amplificador de poder a la
impedancia de la antena y viceversa, para que se transfiera la máxima
potencia a la carga acoplada, se puede considerar a la red de acoplamiento
como un transformador de impedancias.
Por ejemplo, supongamos que la impedancia de salida del amplificador de
poder es de 1 K ohm y que la impedancia de la antena es de 50 ohm, La red
de acoplamiento hace que la impedancia de la antena de 50 ohm le parezca
de 1 K ohm al amplificador de poder y al mismo tiempo hace que la
impedancia del amplificador de potencia de 1 K ohm parezca como de 50
omh a la antena.
De esta manera, a cada uno le parece que el otro esta acoplado a su
impedancia característica y opera con la mínima pérdida de potencia y
máxima eficiencia.
Se considera que la red de acoplamiento es parte de la etapa amplificadora
de potencia ya que generalmente forma parte del circuito sintonizado.
Debido a que está diseñada para operar dentro de una banda específica de
frecuencias, la red de acoplamiento también sirve para filtrar o suprimir
señales indeseables.
Esta característica es especialmente benéfica cuando se utiliza con los
amplificadores de clase C, que debido a su salida de tipo de pulsos, generan
un gran número de armónicas.
Modelo híbrido π para el transistor de RF
El modelo hibrido π viene dada por la siguiente configuración:
Así como resistencias, condensadores, y los inductores puede ser modelado
por un circuito equivalente a frecuencias de radio, el comportamiento del
transistor también puede ser mejor descrito por ejemplo un circuito como se
muestra en la figura. A primera vista, el modelo híbrido PI parece ser
bastante formidable para fines de análisis. Después de definir cada
componente del modelo.
Definiendo parámetros:
Rbb´ Base de propagación de resistencia: Esta es una resistencia inevitable
que se produce en la unión entre el terminal de base o de contacto y el
semiconductor que compone la base. Su valor es por lo general en las
decenas de ohmios. Transistores más pequeños tienden a mostrar valores
más grandes de la rbb´.
Rb´e : resistencia de entrada. La resistencia que se produce en la unión base-
emisor de un transistor de polarización. Los valores típicos oscilan alrededor
de 10000 ohmios.
Rb´c La resistencia de realimentación. Esta es una muy grande (EJ 5 mega
ohmios) Resistencia aparecer desde la base hasta el colector del transistor.
Rce Resistencia de salida. Como su nombre implica, esto es simplemente la
resistencia vista mirando hacia atrás en el colector del transistor. Un valor
típico de un transistor sería de alrededor de 1OOK.
Ce emisor capacidad de difusión. Esta capacitancia es realmente la suma de
la capacitancia difusión del emisor y la capacidad de la unión emisor, ambos
de los cuales están asociados con la física de la unión de semiconductores en
sí y que está más allá del alcance de este libro. Se existe, sin embargo, y dado
que la capacidad de la unión es tan pequeña, C, se suele denominar
capacidad de difusión con un valor típico de 100 pF.
Cc capacitancia retroalimentación. Este componente está formado en la
polarización inversa de colector a base de unión del transistor. Como la
frecuencia de funcionamiento de los aumentos de transistor, Cc puede
comenzar a tener un efecto muy pronunciado en la operación del transistor.
Un valor típico para este componente puede ser 3 pF.
Realimentación
Los componentes retroalimentación del circuito equivalente del transistor
son los que se muestra en la figura. rb'c y Cc, De los dos Cc es la más
importante, ya que es el elemento cuyo valor cambia con frecuencia. El rb'c
cantidad, por otro lado, es muy grande y constante y contribuye muy poco a
las características de Retroalimentación del dispositivo. Como la frecuencia
de operación por unos aumentos de transistor, CC se vuelve más y más
importante para el diseñador del circuito porque, por supuesto, su reactancia
está disminuyendo. Por lo tanto, más y más la señal de colector se realimenta
a la base. A bajas frecuencias, que realimentación no es generalmente un
gran problema porque CC, .. junto con otras capacidades parásitas ubicadas
dentro y alrededor del área del circuito o de circuito impreso, no suele ser
suficiente para causar inestabilidad. A frecuencias altas, sin embargo,
reactancias parásitas acoplado con Cc,. podría actuar para producir un
cambio de fase de 180° desde el colector a la base en la señal realimentada.
Este cambio de fase, cuando se añade para el desplazamiento de fase de 180
° que se produce en la inversión de señal normal de base-colector durante la
amplificación, puede convertirse en un amplificador de un oscilador muy
rápidamente.
otro problema asociado con la alimentación interna del transistor es el hecho
de que el colector no está realmente aislado de la circuitería de la base. Por
lo tanto, cualquier cambio en la resistencia de carga del colector en los
circuitos afecta directamente a la impedancia de entrada del transistor. O
bien, de manera similar, cualquier cambio en la resistencia de la fuente en el
circuito de base afecta directamente a la salida. Esta hecho es especialmente
importante para considerar cuando se desee realizar un diseño para realizar
una adaptación de impedancia en la entrada y la salida del transistor
simultáneamente. Si, por ejemplo, por primera vez el nivel de entrada del
transistor impedancia de la fuente y luego coincide con la carga al transistor
impedancia de salida, la salida correspondiente de red hará que la
impedancia del transistor de entrada cambie a su valor original. Por lo tanto,
la entrada red de adaptación ya no es válida y tiene que volver a ser
diseñado. Una vez que rediseñar la entrada correspondiente red trabajo, sin
embargo, este cambio de impedancia reflejará a través de al colector
causando una impedancia de salida cambiar lo que invalida el resultado neto
correspondiente trabajar. Por lo tanto, si se ignoran totalmente los
comentarios componentes en el circuito equivalente del transistor en el
diseño de redes de adaptación de impedancia, no podrá obtener una
combinación perfecta para el transistor. No obstante, si Cc, es pequeño, el
partido en la entrada y el salida podría ser tolerable en muchos casos.
Estabilidad
Es posible predecir el grado de estabilidad (o su ausencia) de un transistor
antes colocar el dispositivo en un circuito. Esto se hace a través de un cálculo
del factor de la estabilidad Linvill, C.
Donde
yr = la admitancia inversa de transferencia,
yf = el ingreso hacia el transferencia,
gi = la entrada de la conductancia,
go = la conductancia de salida,
Re = la parte real del producto dentro de paréntesis.
cuando C es menor que 1, el transistor es incondicionalmente Estable en el
punto de polarización que ha elegido. Esto significa que usted puede elegir
cualquier combinación posible de la fuente y la impedancia de carga para el
dispositivo, y el amplificador se mantendría estable siempre que no existen
caminos de realimentación externos que no han tenido en cuenta.
Si C es mayor que 1, el transistor es potencialmente inestable y oscilará para
ciertos valores de fuente y la impedancia de carga. un mayor factor C de 1 no
indica. sin embargo, que el transistor no puede ser utilizado como un
amplificador.
Parámetros y
Para calcular los parámetros Y iniciaremos con la configuración emisor
común.
Los parámetros Y del circuito para la configuración de 2 puertos es:
Se Realiza el equivalente hibrido pi para el transistor en emisor común
Teniendo en cuenta lo anterior hallamos:
Parámetros S
Parámetros de dispersión o parámetros-S son propiedades usadas en
ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica, e ingeniería de sistemas de
comunicación y se utilizan para describir el comportamiento eléctrico de
redes eléctricas lineales cuando se someten a varios estímulos de régimen
permanente por pequeñas señales.
los parámetros-S son usados principalmente para redes que operan en
radiofrecuencia (RF) y frecuencias de microondas, ya que representan
parámetros que son de utilidad particular en RF. En general, para redes
prácticas, los parámetros-S cambian con la frecuencia a la que se miden,
razón por la cual ésta debe especificarse para cualquier medición de
parámetros-S, junto con la impedancia característica o la impedancia del
sistema. Los parámetros-S se representan en una matriz y por lo tanto
obedecen las reglas del álgebra de matrices. Muchas propiedades eléctricas
útiles de las redes o de componentes pueden expresarse por medio de los
parámetros-S, como por ejemplo la ganancia, pérdida por retorno, relación
de onda estacionaria de tensión (ROEV), coeficiente de reflexión y estabilidad
de amplificación.
Para la definición de una red multi-puerto genérica, se asume que todos los
puertos salvo el que se encuentra bajo consideración o el par de puertos bajo
consideración tienen una carga conectada a ellos idéntica a la impedancia del
sistema y que cada puerto tiene asignado un entero 'n' que varía de 1 a N,
donde N es el número total de puertos. Para un puerto n, la definición de
parámetros-S asociados se realiza en función de 'ondas de potencia'
incidente y reflejada, y respectivamente. Ondas de potencia son
versiones normalizadas de las ondas viajeras de tensión incidente y reflejada
correspondientes, y respectivamente, de acuerdo a la teoría de líneas
de transmisión. Éstas están relacionadas con la impedancia del sistema Zo de
la siguiente manera:
Para todos los puertos de la red, las ondas de potencia reflejadas pueden
definirse en términos de la matriz de parámetros-S y las ondas de potencia
incidentes a través de la siguiente ecuación:
Los elementos de los parámetros-S se representan individualmente con la
letra mayúscula 'S' seguida de dos subíndices enteros que indican la fila y la
columna en ese orden de la posición del parámetro-S en la matriz de
parámetros-S.
La fase de un parámetro-S es la fase espacial a la frecuencia de prueba, y no
la fase temporal (relacionada con el tiempo).
¿Qué implica el termino FI?
La finalidad de la etapa de frecuencia intermedia (FI), es la de obtener a su
salida ya demoduladas las señales de audito y vídeo, una por cada lado para
seguir cada una sus respectivos circuitos. La Frecuencia intermedia (FI) a la
Frecuencia que en los aparatos de radio se emplean el principio
superheterodino se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en antena
con una frecuencia variable generada localmente en el propio aparato
mediante un oscilador local (OL) y que guarda con ella una diferencia
constante. Esta diferencia entre las dos frecuencias es precisamente la
frecuencia intermedia.
Su función es amplificar y seleccionar, es decir eliminar los armónicos
indeseables que se generan en el proceso de heterodinaje.
Consiste en una serie de amplificadores y uno o varios filtros pasa-banda. En
esta etapa se logra la mayor parte de la selectividad y la ganancia del
receptor,. La frecuencia central y el BW de IF son fijas, para todas las
estaciones de AM. es la misma (450KHZ a 460KHZ). Es más fácil y más barato
construir amplificadores estables de alta ganancia.
¿Qué es un amplificador de FI?
Normalmente, los amplificadores de FI, emplean transistores de alta
frecuencia conectados en configuración de emisor común en donde el
inductor se sintoniza mediante su propia autocapacidad.
Un amplificador de emisor común tiene baja impedancia de entrada que
deriva la señal de entrada desde la etapa previa; este efecto se conoce como
efecto amortiguador. Para minimizar esto, se utiliza un acoplamiento por
condensador con derivaciones o un acoplamiento por inductor con tomas, la
cadena de condensadores C3/C4 actúa como red de acoplamiento por
condensador con derivaciones para reducir el efecto amortiguador en el
circuito sintonizado L2\C2.Una vez seleccionada la frecuencia que se quiere
recibir a la señal se aplica al amplificador de frecuencia intermedia. Este
bloque se encarga de amplificar la señal entregada por el sintonizador,
mejorando su relación señal ruido.
¿Qué características tiene un amplificador de FI?
Los amplificadores de frecuencia intermedia (FI) son amplificadores
sintonizados, con ganancia relativamente alta, muy parecidos a los
amplificadores de RF, pero los de FI trabajan dentro de una banda de
frecuencias fija y relativamente angosta. En consecuencia, son fáciles de
diseñar y fabricar para que sean estables, no irradien y se neutralicen con
facilidad. Como los amplificadores de FI trabajan dentro de una banda fija de
frecuencias, se pueden acoplar los amplificadores sucesivos en forma
inductiva con circuitos de doble resonancia (en los circuitos de doble
resonancia, los lados primario y secundario del transformador son circuitos
tanque sintonizados).
¿Cual es el objetivo de utilizar un amplificador de FI?
La función de los amplificadores de F. I. consiste en amplificar una banda de
frecuencias de un ancho de 10 Khz, 5 Khz. a cada lado de la frecuencia
intermedia nominal. Esto quiere decir que si la frecuencia intermedia es 455,
las frecuencias que deben de pasar están en un rango de 450 y 460 Khz., si no
fuese así, la calidad de reproducción se vería afectada. Se determina este
ancho de banda debido a que las emisoras transmiten en ese ancho (10 Khz.).
El objetivo del amplificador de frecuencia intermedia es aumentar la
sensibilidad del receptor y puesto que se requiere etapas sintonizadas
también aumenta la Selectividad. La principal ventaja consiste en que las
etapas amplificadoras se sintonizan una sola vez en el montaje de las
mismas
¿Cuales son las características de un transistor de FI?
Las etapas amplificadoras de FI generalmente constan de dos o tres
transistores en configuración emisor común, lo cual obliga a utilizar circuitos
de neutralización en dependencia del diseño utilizado. Estos transistores
tiene características similares a los transistores de RF, su frecuencia de
trabajo debe ser varias veces superior al valor de fa frecuencia intermedia.
Impedancia de entrada e impedancia de salida del transistor y amplificador
de FI
Al igual que los amplificadores de Rf para compensar los efectos de la baja
impedancia de entrada y la alta impedancia de salida de los transistores
sobre los circuitos de acoplamiento, los transistores de FI emplean taps o
derivaciones en sus devanados.
Para evitar posibles interferencias por la radiación de la señal desde los
últimos pasos hacia los de entrada, se suele utilizar blindajes en los
transformadores de FI.
Linvill
Describiremos un proceso sistemático y matemático para el diseño de
amplificadores de RF de pequeña señal. Es un procedimiento exacto. Las
posibles fuente de error en el diseño será la incertidumbre de las medidas y
de la dispersión en los parámetros de los transistores del mismo modelo.
Usaremos resultados obtenidos en el trabajo de Linvill (“Transistors and
Active Circuits.”, by Linvill and Gibbons, McGraw-Hill, 1961), Stern (“Stability
and Power Gain of Tuned Transistor Amplifiers.” By Arthur P. Stern, Proc.IRE,
March, 1957 ).
El requerimiento habitual es el de una ganancia específica a una frecuencia
dada. Otros objetivos pueden ser ancho de banda, estabilidad, aislación
entrada-salida y bajo ruido.
Los circuitos se pueden categorizar como realimentación (neutralización,
unilateralización, o sin realimentación) y adaptación en las terminales del
transistor (admitancias de circuito adaptadas o no a las admitancias de
entrada y salida del transistor).
USANDO PARÁMETROS Y
Un factor muy importante en el diseño es la estabilidad potencial del
transistor. Puede calcularse por el factor de estabilidad de Linvill:
Donde,
││= la magnitud del producto entre corchetes
yr = admitancia de transferencia reversa,
yf = admitancia de transferencia directa,
g1 = conductancia de entrada,
g0 = conductancia de salida
Re = la parte real del producto entre paréntesis.
Cuando C<1 el transistor es estable incondicionalmente. Cuando C>1 el
transistor es potencialmente inestable.
El factor C es una prueba de estabilidad bajo la condición de peor caso, es
decir con las terminales de entrada y salida del transistor en circuito abierto.
Sin realimentación externa, un transistor estable incondicionalmente no
oscilará con ninguna combinación de de fuente y carga. Por el contrario, si es
potencialmente inestable, algunas combinaciones de fuente y carga
producirán oscilación.
Se debe tener en cuenta que si C es menor pero cercano a 1, cambios en la
polarización DC (debidos por ejemplo a la temperatura) pueden causar que
pase a ser mayor que 1, tornándose potencialmente inestable. Recordemos
que los parámetros Y están especificados a un punto de polarización
determinado.
Por lo tanto, cuanto menor sea C, mejor es.
A pesar de que el factor C puede ser usado para determinar la estabilidad
potencial de un transistor, las condiciones de circuito abierto en fuente y
carga no son aplicables a un amplificador real. Por ello Stern definió un factor
de estabilidad k que toma en cuenta admitancias finitas en fuente y carga
conectadas al transistor.
donde,
GS = La conductancia de la fuente
GL = La conductancia de la carga
ECUACIONES GENERALES DE DISEÑO
GANANCIA DE POTENCIA
La ecuación general es:
Dicha ecuación se aplica a circuitos sin realimentación. También puede ser
usado con circuitos con realimentación externa si son usados los parámetros
Y compuestos.
Se puede apreciar:
a) No tiene en cuenta pérdidas en la red. No computa pérdidas por
desadaptación a la entrada ni a la salida del transistor.
b) La ganancia es independiente de la admitancia de la fuente.
Si quisiéramos incluir los efectos de la adaptación de la entrada en el cálculo
de ganancia de potencia podríamos contemplar el uso de GT (Ganancia de
Transductor). Se la define como la potencia de salida enviada a una carga por
el transistor dividida por la máxima potencia de entrada disponible desde la
fuente.
YL es la admitancia vista por el transistor hacia la salida. Incluye la red de
adaptación y la carga.
Análogamente YS es la admitancia vista por el transistor hacia la entrada.
Definimos Ganancia Máxima Disponible (MAG por su sigla en inglés) como:
Es la ganancia de potencia teórica de un transistor con yr=0 y cuando YL y YS
son las conjugadas complejas de yo e yi.
yr=0 se debe a que en condiciones normales yr actúa como una
realimentación negativa. Teniendo yr=0 no hay realimentación y por lo tanto
la ganancia está al máximo.
En la práctica, no se puede obtener yr=0 y por lo tanto no se puede conseguir
una ganancia como la MAG. Por ello la MAG es una figura de mérito.
Sin embargo, se obtienen valores cercanos a través de la adaptación
conjugada simultánea. Por lo que este valor se nos revela como útil.
TRANSISTOR ESTABLE INCONDICIONALMENTE
Cuando el factor de estabilidad de Linvill es menor que uno nos asegura que
el transistor es incondicionalmente estable. No van a ocurrir oscilaciones
para ninguna combinación de fuente y carga que sean utilizadas. Así que la
estabilidad se elimina como un requerimiento para el resto del diseño.
AMPLIFICADORES SIN REALIMENTACIÓN
Como el transistor es incondicionalmente estable es lógico pensar en un
amplificador sin realimentación debido a menos componentes y un simple
procedimiento de sintonización.
Para obtener la máxima ganancia elegimos YS e YL adaptados
conjugadamente a yi e yo. Lo llamamos adaptación conjugada simultánea.
Donde,
GS = la conductancia de la fuente.
BS = la susceptancia de la fuente.
GL = la conductancia de la carga.
BL = la susceptancia de la carga.
Im = la parte imaginaria del producto entre paréntesis.
Agc
En el AGC-I, el control de la ganancia depende de la señal de entrada. La
compresión comienza cuando el valor del a señal de entrada supera un cierto
valor umbral prefijado (TK). Por debajo de este valor la amplificación es lineal
y por encima de este la ganancia disminuye en una relación denominada
relación de compresión, que puede ser 2:1, 3:1, 4:1,... y que significa que
para incrementar 1 decibelio en la salida es necesario que en la entrada se
incrementen 2, 3, 4, ...decibelios. En el AGC-O, el control de la ganancia
depende de la señal de la salida. Por tanto, la compresión o disminución de
señal comienza cuando en la salida se detecta una nivel de presión sonora
superior a un umbral prefijado. En resumen, la señal se comprime después
de haber sido amplificada. Normalmente los audífonos suelen llevar una sólo
AGC bien de entrada o de salida. Para vez existe una combinación de ambos.
Circuito AGC
Circuito SQUELCH
Es una función que poseén algunos circuitos para suprimir una señal salvo
que esta sea lo suficientemente fuerte. Es una función también conocida
como "noise gate", que tal como su nombre lo indica, es una puerta para
suprimir ruidos, y hacer pasar lo que en verdad nos interesa de una señal.
La idea de ajustar el nivel de Squelch, en el caso de una radio, es la de
eliminar ruidos e interferencia molesta que provenga del ambiente o
frecuencias cercanas; tienes que ir probando hasta encontrar el nivel justo
para que puedas escuchar bien las transmisiones sin demasiado ruido de
fondo o interferencia - si lo ajustas demasiado alto no escuchas nada, y si
está muy bajo hay demasiado ruido de fondo
“este párrafo fue extraído del libro del libro Wayne tomasi, Sistemas de
comunicaciones electrónicas” pagina 187”
Conclusión
Los amplificadores de radiofrecuencia y de frecuencia media son
amplificadores de voltaje, que aumentan el voltaje de la señal. Los receptores
de radio pueden tener una o más etapas de amplificación de voltaje de
frecuencia audio. Además, la última etapa antes del altavoz tiene que ser de
amplificación de potencia. Un receptor de alta fidelidad contiene los circuitos
de sintonía y de amplificación de cualquier radio. Como alternativa, una radio
de alta fidelidad puede tener un amplificador y un sintonizador
independientes. Las características principales de un buen receptor de radio
son una sensibilidad, una selectividad y una fidelidad muy elevadas y un nivel
de ruido bajo. La sensibilidad se consigue en primera instancia mediante
muchas etapas de amplificación y factores altos de amplificación, pero la
amplificación elevada carece de sentido si no se pueden conseguir una
fidelidad aceptable y un nivel de ruido bajo. Los receptores más sensibles
tienen una etapa de amplificación de radiofrecuencia sintonizada. La
selectividad es la capacidad del receptor de captar señales de una emisora y
rechazar otras de emisoras diferentes que limitan con frecuencias muy
próximas. La selectividad extrema tampoco resulta aconsejable, ya que se
precisa un ancho de banda de muchos kilohercios para recibir los
componentes de alta frecuencia de las señales de frecuencia audio. Un buen
receptor sintonizado a una emisora presenta una respuesta cero a otra
emisora que se diferencia en 20 kHz. La selectividad depende sobre todo de
los circuitos en la etapa de la frecuencia intermedia.