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Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores.

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1 Electrónica de Comunicaciones CONTENIDO RESUMIDO: 1- Introducción 2- Osciladores 3- Mezcladores. 4- Lazos enganchados en fase (PLL). 5- Amplificadores de pequeña señal para RF. 6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoeléctricos. 7- Amplificadores de potencia para RF. 8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 9- Demoduladores de ángulo (FM, FSK y PM). 10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK). 11- Moduladores de ángulo (PM, FM, FSK y PSK). 12- Tipos y estructuras de receptores de RF. 13- Tipos y estructuras de transmisores de RF. 14- Transceptores para radiocomunicaciones ATE-UO EC piezo 00

2 7- Amplificadores de potencia para RF ATE-UO EC amp pot 01 Idea fundamental: Amplificar señales de RF hasta niveles suficientes para su transmisión y hacerlo con buen rendimiento energético. P RF P e RF RgRg Amplificador de potencia de RF + RLRL P CC V CC P perd = P RF /P CC

3 iCiC 2 0 t iCiC 2 0 t iCiC 2 0 t Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (I) Clase A: conducción durante 2 Clase B: conducción durante Clase C: conducción < ATE-UO EC amp pot 02 iCiC Amplificador de potencia de RF RLRL RgRg + Q1Q1

4 Concepto de Clase de un transistor en un amplificador (II) Clase D: Q 1 trabaja en conmutación Clase E: Q 1 trabaja en conmutación a tensión cero ATE-UO EC amp pot 03 iCiC t t v CE Control iCiC Amplificador de potencia de RF RLRL RgRg + Q1Q1 + - v CE

5 ATE-UO EC amp pot 04 Tipos de amplificadores de potencia de RF RgRg Amplificador de potencia de RF + RLRL V CC vgvg + - vsvs Amplificadores lineales: la forma de onda de la tensión de salida v s es proporcional a la de entrada v g. Amplificadores no lineales: la forma de onda de la tensión de salida v s no es proporcional a la de entrada v g. Caso especialmente interesante: tensión de salida v s proporcional a V CC.

6 RgRg + Polarización Q1Q1 iCiC RLRL V CC + - v CE ATE-UO EC amp pot 05 Amplificador Clase A con la carga en el circuito de polarización (I) Circuito básico

7 Q1Q1 iCiC RLRL V CC + - v CE ATE-UO EC amp pot 06 Amplificador Clase A con la carga en el circuito de polarización (II) IBIB iCiC v CE V CC /R L V CC t v CE1 t i C1 P RF = i c1 2 ·R L /2P CC = i c1 ·V CC = P RF /P CC = i c1 ·R L /(2·V CC ) Elegimos un punto de trabajo Luego crece con i C1. Pero el crecimiento de i C1 tiene un límite

8 Q1Q1 iCiC RLRL V CC + - v CE ATE-UO EC amp pot 07 Amplificador Clase A con la carga en el circuito de polarización (III) IBIB iCiC v CE V CC /R L V CC Máximo valor de i C1 max = i c1 ·R L /(2·V CC ) con i C1 = V CC /2R L Por tanto: max = 1/4 = 25% ¡El 25% es un rendimiento máximo muy bajo! i C1 = V CC /2R L t v CE1 = V CC /2 t

9 ATE-UO EC amp pot 08 Amplificador Clase A con polarización por fuente de corriente (I) Circuito básico RgRg + Polarización Q1Q1 ICIC RLRL V CC + - v CE +-

10 ATE-UO EC amp pot 09 Amplificador Clase A con polarización por fuente de corriente (II) Q1Q1 ICIC RLRL V CC + - v CE iCiC iLiL + - Q1Q1 ICIC RLRL V CC + - v CE iCiC iLiL + - Realización física de la fuente de corriente + - La tensión en la fuente de corriente debe ser la mostrada + -

11 ATE-UO EC amp pot 10 Amplificador Clase A con polarización por fuente de corriente (III) Q1Q1 ICIC RLRL V CC + - v CE iCiC iLiL IBIB iCiC V CC /R L V CC Recta de carga en continua Recta de carga en alterna con pendiente 1/R L Elección del punto de trabajo para un valor de I C Esta es la recta de carga de alterna con mayores niveles de tensión y corriente y compatible con tensión positiva en la fuente de corriente

12 ATE-UO EC amp pot 11 Amplificador Clase A con polarización por fuente de corriente (IV) t v CE1 t I C V CC /R L V CC IBIB iCiC v CE Recta de carga en continua Recta de carga en alterna P RF = I c 2 ·R L /2P CC = I c ·V CC = I c ·R L /(2·V CC ) Q1Q1 ICIC RLRL V CC + - v CE iCiC iLiL v CE1 Luego crece con I C y tiene el límite en I C = V CC /2R L.

13 ATE-UO EC amp pot 12 Amplificador Clase A con polarización por fuente de corriente (V) t v CE1 P RF = I c 2 ·R L /2P CC = I c ·V CC = I c ·R L /(2·V CC ) Con I C = V CC /2R L, max = 1/4 = 25%. ¡Sigue siendo muy bajo! t ICIC V CC /R L V CC IBIB iCiC v CE Recta de carga en continua Recta de carga en alterna

14 ATE-UO EC amp pot 13 Amplificador Clase A con polarización por resistencia de colector (I) Circuito básico RgRg + Polarización Q1Q1 RCRC V CC + - v CE RLRL +- iCiC iLiL

15 ATE-UO EC amp pot 14 Amplificador Clase A con polarización por resistencia de colector (II) V CC iCiC IBIB v CE V CC /R L Recta de carga en continua i C1 v CE1 Punto de trabajo Recta de carga en alterna con pendiente -(R C +R L )/(R L ·R C ) ¿Cómo debe elegirse R C para obtener rendimiento máximo? ¿Cuál será el rendimiento máximo? No demostrado aquí: Condición de rendimiento máximo es R C = 2·R L y max = 1/(6 + 4· 2) = 8,57%. ¡Aún mas bajo! Q1Q1 RCRC V CC + - v CE RLRL +- iCiC iLiL

16 ATE-UO EC amp pot 15 Resumen de los amplificador Clase A (hasta ahora) Toda la componente de alterna de i C circula por la carga. Pero en la carga se disipa continua. max = 8,57% max = 25% Toda la componente de alterna de i C circula por la carga. Pero en la fuente de corriente se disipa continua. La componente de alterna de i C circula por la carga y por la resistencia de polarización. En la resistencia de polarización se disipa continua (además de alterna). ¿Podemos conseguir que en elemento de polarización no se disipe ni alterna ni continua?

17 ATE-UO EC amp pot 16 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (I) Circuito básico RgRg + Polarización Q1Q1 L CH V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL La bobina L CH debe presentar una impedancia mucho mayor que R L a la frecuencia de trabajo

18 ATE-UO EC amp pot 17 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (II) Circuito equivalente al básico Q1Q1 L CH V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL Q1Q1 L CH V CC + - v CE RLRL iCiC i RL En ambos casos: Toda la componente de alterna de i C circula por la carga. En la bobina, obviamente, no se disipa potencia.

19 ATE-UO EC amp pot 18 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (III) Otra posibilidad de realización física, pero con un grado de libertad más Q1Q1 LmLm V CC + - v CE R L iCiC i RL Es como el caso anterior: Toda la componente de alterna de i C circula por la carga (modificada por la relación de transformación del transformador). En el transformador, obviamente, no se disipa potencia. Q1Q1 V CC + - v CE RLRL iCiC i RL 1:n R L = R L /n 2 i RL = i RL ·n

20 ATE-UO EC amp pot 19 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (IV) Circuito de estudio Q1Q1 L CH V CC + - v CE RLRL iCiC i RL V CC iCiC IBIB v CE Recta de carga en alterna con pendiente -1/R L Recta de carga en continua Punto de trabajo ¿Cómo debe elegirse el punto de trabajo para obtener el máximo rendimiento posible?

21 ATE-UO EC amp pot 20 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (V) t v CE V CC iCiC IBIB Recta de carga en continua i C1 V CC +i C1 ·R L P RF = (i c1 ·R L ) 2 /(2·R L ) P CC = i c1 ·V CC = P RF /P CC = i c1 ·R L /(2·V CC ) La componente de alterna en el transistor es la misma que en la carga El máximo valor de i c1 ·R L es i c1 ·R L = V CC y por tanto max = 1/2 = 50%. ¡Ha mejorado, pero sigue siendo bajo!

22 ATE-UO EC amp pot 21 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (VI) V CC Recta de carga en continua iCiC IBIB v CE 2V CC t Situación con la máxima señal que se puede manejar i C1 =V CC /R L 2i C1 t ¿Cuál es el rendimiento cuando la señal es no es la máxima posible? max = 50%.

23 ATE-UO EC amp pot 22 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (VII) Situación con señal menor que la máxima que se puede manejar V CC Recta de carga en continua iCiC IBIB v CE 2V CC 2·V CC /R L Pend. -1/R L t v CE t i C P RF = ( v CE ) 2 /(2·R L ) P CC = V CC 2 /R L = P RF /P CC = 0,5·( v CE /V CC ) 2

24 t v CE sat V CC -v CE sat (V CC -v CE sat )/R L V CC Recta de carga en continua iCiC IBIB v CE 2V CC 2·V CC /R L Pend. -1/R L Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (VIII) Con transistores reales (no idealizados) P RF = (V CC -v CE sat ) 2 /(2·R L ) P CC = V CC ·(V CC -v CE sat )/R L = 0,5·(V CC -v CE sat )/ V CC ATE-UO EC amp pot 23

25 ATE-UO EC amp pot 24 Amplificador Clase A con polarización por bobina de choque en el colector (IX) Señal modulada en amplitud V CC Recta de carga en continua iCiC IBIB v CE 2V CC 2·V CC /R L Pend. -1/R L t vpvp vmvm v ce ( m t, p t) v ce ( m t, p t) = v CE ( m t)·sen( p t) v CE ( m t) = v p [1 + m·sen( m t)] m = v m /v p ( m t) = 0,5·[ v CE ( m t)/V CC ] 2 ( m t) = 0,5·(v p /V CC ) 2 ·[1 + m·sen( m t)] 2 med = 0,5·(v p /V CC ) 2 ·[1 + m 2 /2] med max v p = V CC /2, m = 1 med max = 0,125·[1 + 1/2] = 18,75% ¡Vuelve a ser muy bajo!

26 Circuito resonante a la frecuencia de la señal de RF ATE-UO EC amp pot 25 Amplificador Clase B con un único transistor (I) Circuito básico RgRg + Polarización iCiC 180º Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL C V CC + - v RL

27 ATE-UO EC amp pot 26 Amplificador Clase B con un único transistor (II) Equivalente Equivalente (salvo para la tensión sobre la fuente) iCiC 180º Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL iCiC i RL C + - v RL iCiC 180º iCiC L RLRL C i RL + - v RL iCiC 180º Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL C V CC + - v RL

28 iCiC L RLRL C + - ATE-UO EC amp pot 27 Amplificador Clase B con un único transistor (III) ICIC i Cpico / ICIC 180º i Cca i Cpico (1-1/ ) i Cca Circuitos equivalentes (I) No genera tensión en la carga iCiC L RLRL C iCiC 180º i Cpico + - v RL

29 ATE-UO EC amp pot 28 Amplificador Clase B con un único transistor (IV) L RLRL C + - v RL i Cca ( t) i RL ( t) Circuitos equivalentes (II) 180º i Cca i Cpico (1-1/ ) i Cca1 i Cpico /2 = i Cca1 + Armónicos Arm. Los armónicos se cortocircuitan por el condensador i Cca1 ( t) = (i Cpico /2)·sen( t) v RL ( t) = R L ·i RL ( t) = -R L ·i Cca1 ( t) v RL ( t) = -R L ·(i Cpico /2)·sen( t) i Cca1 i Cpico /2 i Cca1 RLRL + - v RL i RL

30 v CE iCiC IBIB ATE-UO EC amp pot 29 Amplificador Clase B con un único transistor (V) Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y excursión del punto de trabajo iCiC 180º Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL C V CC + - v RL V CC Recta de carga en continua Pendiente 0 Pendiente -2/R L 2·V CC /R L t v CE 180º t i Cpico Punto de trabajo Llamamos v ce a la componente de alterna de v CE. Entonces: v ce ( t) = v RL ( t) = -R L ·(i Cpico /2)·sen( t) v ce ( t) = -(R L /2)·i Cpico ·sen( t) = -(R L /2)·i C Por tanto: v CE = i Cpico ·R L /2

31 ATE-UO EC amp pot 30 Amplificador Clase B con un único transistor (VI) Cálculo del rendimiento máximo posible v CE = i Cpico ·R L /2 v CE iCiC IBIB V CC Recta de carga en continua Pendiente 0 Pendiente -2/R L 2·V CC /R L t v CE 180º t i Cpico Punto de trabajo P RF = ( v CE ) 2 /(2·R L ) = (i Cpico ·R L ) 2 /(8·R L ) P CC = V CC ·i Cpico / = P RF /P CC = i Cpico ·R L · /(8·V CC ) El máximo valor de i Cpico es i Cpico max = 2·V CC /R L y por tanto: max = /4 = 78,5% ¡Ha mejorado notablemente! i Cpico /

32 ATE-UO EC amp pot 31 Amplificador Clase B con un único transistor (VII) 180º t max = /4 = 78,5% Situación con la máxima señal que se puede manejar 2·V CC /R L v CE iCiC IBIB V CC Recta de carga en continua 2·V CC t

33 ATE-UO EC amp pot 32 Amplificador Clase B con un único transistor (VIII) Cálculo de la potencia máxima disipada en el transistor, P Tr P RF = (i Cpico ·R L ) 2 /(8·R L ) P CC = V CC ·i Cpico / P Tr = P CC - P RF P Tr = V CC ·i Cpico / - (i Cpico ·R L ) 2 /(8·R L ) P Tr tiene un máximo en: i Cpico PTmax = 4·V CC /( ·R L ) Nótese que: i Cpico PTmax < i Cpico max = 2·V CC /R L P Trmax = 2·V CC 2 /( 2 ·R L ) La potencia máxima de RF es: P RF max = (i Cpico max ·R L ) 2 /(8·R L ) P RF max = V CC 2 /(2·R L ) Por tanto: P Trmax = 4·P RF max / 2 = 0,405·P RF max i Cpico / v CE iCiC IBIB V CC Recta de carga en continua 2·V CC /R L t v CE 180º t i Cpico

34 Con transistores reales (no idealizados) P RF = (V CC -v CE sat ) 2 /(2·R L ) P CC = V CC ·2·(V CC -v CE sat )/( ·R L ) = ·(V CC -v CE sat )/(4·V CC ) = 0,785·(V CC -v CE sat )/V CC ATE-UO EC amp pot 33 Amplificador Clase B con un único transistor (IX) V CC Recta de carga en continua iCiC IBIB v CE 2V CC 2·V CC /R L Pendiente -2/R L t v CE sat V CC -v CE sat 2·(V CC -v CE sat )/R L 180º t

35 ATE-UO EC amp pot 34 Amplificador Clase B con un único transistor (X) Señal modulada en amplitud v CE iCiC IBIB V CC Recta de carga en continua Pendiente 0 Pendiente -2/R L 2·V CC /R L Punto de trabajo v CE ( m t) = v p [1 + m·sen( m t)] m = v m /v p P RF = [ v CE ( m t)] 2 /(2·R L ) P CC = V CC ·i Cpico ( m t)/ v CE ( m t) = i Cpico ( m t)·R L /2 P CC = V CC ·2· v CE ( m t)/( ·R L ) = P RF /P CC = · v CE ( m t 4·V CC ) = 0,785·v p [1 + m·sen( m t)]/V CC med = 0,785·v p /V CC med max v p = V CC /2 med max = 39,26% t v CE ( m t) i Cpico ( m t) vpvp vmvm

36 ATE-UO EC amp pot 35 Amplificador Clase B con dos transistores (I) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (I) R L = R L /n 2 RgRg + Q1Q1 V CC + - v RL RLRL i C1 i RL 1:1:n i C2 + - v CE1 + - v CE2 + - Q2Q2 Polarización

37 ATE-UO EC amp pot 36 Amplificador Clase B con dos transistores (II) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (II) i B1 180º Q1Q1 V CC i C1 i C2 + - v CE1 + - v CE2 Q2Q2 + - v RL RLRL i RL 1:1:n i B1 i B2 180º i C1 180º i C2 180º i RL

38 I B1 i C2 v CE2 V CC /R L V CC v CE1 i C1 I B1 V CC /R L ATE-UO EC amp pot 37 Amplificador Clase B con dos transistores (III) Circuito básico: Montaje en contrafase o Push-Pull (III) Recta de carga en continua Pendiente -1/R L t i Cpico t Punto de trabajo

39 ATE-UO EC amp pot 38 Amplificador Clase B con dos transistores (IV) Cálculo del rendimiento máximo posible P RF = i Cpico 2 ·R L /2 P CC = 2·V CC ·i Cpico / = i Cpico ·R L · /(4·V CC ) = 0,785·i Cpico ·R L /V CC Como: i Cpico max = V CC /R L, entonces: max = /4 = 78,5% Como en el caso de un transistor

40 ATE-UO EC amp pot 39 max = 78,5% Situación con la máxima señal que se puede manejar Amplificador Clase B con dos transistores (V) V CC v CE1 i C1 I B1 Recta de carga en continua I B1 i C2 v CE2 Punto de trabajo V CC /R L t t

41 ATE-UO EC amp pot 40 Ganancia de los amplificadores Clase A con bobina, Clase B con un transistor y Clase B con dos transistores Por comodidad, calculamos la Transresistencia v RL / i B En todos los casos: v RL = V CC, i B = i C / Clase B, 1 Trans. Clase B, 2 Trans. v RL / i B = R L · v RL / i B = R L · /2 v RL / i B = R L ·n· Clase A

42 ATE-UO EC amp pot 41 Comparación entre amplificadores Clase A, Clase B con un transistor y Clase B con dos transistores Amplificador Rendimiento máximo Ganancia de tensión Impedancia de entrada i Cmax Banda Clase A 50% R L · /r BE Lineal2·V CC /R L Ancha Clase B, 1 transistor 78,5% R L · /(2·r BE ) No lineal2·V CC /R L Estrecha Clase B, 2 transistores 78,5% R L ·n· /r BE Lineal V CC /R L Ancha r BE = resistencia dinámica de la unión base-emisor R L = R L /n 2

43 Circuitos de polarización en clases A y B A la base del transistor +V CC Polarización D R L CH C P A la base del transistor +V CC ATE-UO EC amp pot 42 0 iBiB V BE Clase B Clase A Sobra en el caso del Push-Pull

44 Circuito resonante ATE-UO EC amp pot 43 Amplificadores Clase C Circuito básico RgRg + Polarización Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL C V CC + - v RL ¿Se puede el rendimiento máximo teórico mayor que el 78,5%? ¿Qué hay que sacrificar? iCiC < 180º

45 ATE-UO EC amp pot 44 Amplificadores Clase C lineales (I) ¿Cómo conseguir un ángulo de conducción menor de 180º ? V B +v BE t t C RgRg v CE iCiC vgvg VBVB + - v BE iBiB iBiB vgvg ¿Cómo conseguir proporcionalidad entre i B y v g ? v BE r BE

46 Amplificadores Clase C lineales (II) i B = 0 Si t ( + C )/2, iB =iB = R g +r BE V g pico ·sen( t) – (V B + v BE ) Si ( - C )/2 < t < ( + C )/2, Para conseguir proporcionalidad entre i B y v g debe cumplirse: - Que V B +v BE varíe proporcionalmente a V g pico. - Que C no varíe. Relaciones entre variables: v g = V g pico ·sen( t) C = 2·arcos[(V B + v BE )/V g pico ] ATE-UO EC amp pot 45 V B +v BE t t vgvg C iBiB

47 ATE-UO EC amp pot 46 Amplificadores Clase C lineales (III) RgRg v CE iCiC vgvg VBVB + - v BE iBiB + - RBRB CBCB V B = (V g pico – v BE )·R B /(R B + R g + r BE ) V B + v BE = V g pico ·R B /(R B + R g + r BE ) + v BE ·(R g + r BE )/(R B + R g + r BE ) Si V g pico ·R B >> v BE ·(R g + r BE ), entonces: V B + v BE V g pico ·R B /(R B + R g + r BE ) es decir, proporcionalidad. ¡Ojo! como: v g = V B + v BE + (R g + r BE )·i B si v g >> v BE Pequeña ganancia. Realización física v BE = v BE + i B ·r BE v BE r BE

48 ATE-UO EC amp pot 47 Amplificadores Clase C lineales (IV) C = 2·arcos[(V B + v BE )/V g pico ] Entonces: i B = [sen( t) – cos( C /2)]· V g pico /(R g +r BE ) y, por tanto: i C = [sen( t) – cos( C /2)]· ·V g pico /(R g +r BE ) El valor de pico vale: i Cpico = [1 – cos( C /2)]· ·V g pico /(R g +r BE ) Es decir: iB =iB = R g +r BE V g pico ·sen( t) – (V B + v BE ) Como: i C = i Cpico · 1 – cos( C /2) sen( t) – cos( C /2) iCiC c I Cpico

49 ATE-UO EC amp pot 48 Amplificadores Clase C lineales (V) ICIC i Cca1 iCiC L RLRL C + - v RL Arm. i C = i Cpico · 1 – cos( C /2) sen( t) – cos( C /2) I C = · 1 – cos( C /2) sen( C /2) – ( C /2)·cos( C /2) i Cpico Componente de continua: C – sen C i Cpico i Cca1 ( t) = · ·sen( t) 1 – cos( C /2) 2 Primer armónico: Resto de armónicos El resto de armónicos se cortocircuitan por el condensador

50 ATE-UO EC amp pot 49 Circuito equivalente de alterna Por tanto: v RL ( t) = -R L ·i Cca1 ( t) v ce ( t) = v RL ( t) = -R L ·i Cca1 ( t) i Cca1 ( t) RLRL + - v RL Amplificadores Clase C lineales (VI) i Cca1 ( t) t v ce = -R L · sen( t) · 1 – cos( C /2) C – sen C i Cpico 2 Es decir: C – sen C i Cpico i Cca1 ( t) = · ·sen( t) 1 – cos( C /2) 2 v ce = - · i Cpico ·sen( t) 1 – cos( C /2) C – sen C RLRL 2

51 Pend. -1/R L v CE iCiC IBIB ATE-UO EC amp pot 50 Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y excursión del punto de trabajo Recta de carga t v CE V CC Recta de carga en continua Amplificadores Clase C lineales (VII) Como: v ce = - · i Cpico ·sen( t) 1 – cos( C /2) C – sen C RLRL 2 Entonces: v CE = · i Cpico 1 – cos( C /2) C – sen C RLRL 2 Es decir: v CE = R L ·i Cpico R L = · 1 – cos( C /2) C – sen C RLRL 2 siendo: C t i Cpico - C 2 v CE0 Cálculo de v CE0 : v CE0 = V CC – v CE · cos( C /2) Valor de la pendiente de la recta de carga: -1/[R L ·(1 – cos( C /2)]

52 ATE-UO EC amp pot 51 Cálculo del rendimiento máximo posible (I) P RF = ( v CE ) 2 /(2·R L ) = (i Cpico ·R L ) 2 /(2·R L ) i Cpico max = v CE0 min /[R L ·(1 – cos( C /2)] = [V CC (1 – cos( C /2))]/[R L ·(1 – cos( C /2)] i Cpico max = V CC /R L ICIC Amplificadores Clase C lineales (VIII) iCiC v CE IBIB Pendiente -1/[R L ·(1 – cos( C /2)] t v CE V CC C t i Cpico - C 2 v CE0 P CC = V CC ·I C R L = · 1 – cos( C /2) C – sen C RLRL 2 = P RF /P CC IC =IC = ·[1 – cos( C /2)] sen( C /2) – ( C /2)·cos( C /2) ·i Cpico 4·V CC ·[sen( C /2) – ( C /2)·cos( C /2)] i Cpico ·R L ·[ C – sen C ] = P RF /P CC = Luego crece con i Cpico. Calculamos el valor máximo:

53 ATE-UO EC amp pot 52 Cálculo del rendimiento máximo posible (II) Amplificadores Clase C lineales (IX) 4·[sen( C /2) – ( C /2)·cos( C /2)] [ C – sen C ] max = Sustituyendo i Cpico por i Cpico max : ICIC iCiC vCEvCE IBIB Pendiente -1/[R L ·(1 – cos( C /2)] t v CE V CC C t i Cpico max - C 2 v CE0 Pend. -1/R L 2·V CC Situación con la máxima señal que se puede manejar Clase A Clase B Clase C (ejempl.) 4·V CC ·[sen( C /2) – ( C /2)·cos( C /2)] (V CC - v CE sat )·[ C – sen C ] max real = Rendimiento máximo real:

54 ATE-UO EC amp pot 53 Linealidad: Difícil, sacrificando ganancia. Rendimiento máximo: Alto, %. Ganancia: Baja. Impedancia de entrada: Muy no lineal. Corriente de colector: Picos altos y estrechos. Ancho de banda: Pequeño. Amplificadores Clase C lineales (X) Resumen de características:

55 Amplificadores Clase C muy no lineales (I) Circuito resonante ATE-UO EC amp pot 54 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC i RL C V CC + - v RL El transistor trabaja casi en conmutación iCiC El circuito resonante resuena libremente y repone la energía que transfiere a la carga en los periodos de conducción del transistor. El valor de pico de la tensión de salida es aproximadamente el valor de la tensión de alimentación: v RL = V CC ·sen( t) El rendimiento es bastante alto. iCiC L RLRL C + - v RL V CC

56 Amplificadores Clase C muy no lineales (II) ATE-UO EC amp pot 55 Modulador de amplitud Q1Q1 L V CC + - v CE RLRL +- iCiC C V CC + - v RL + - Amplificador de potencia de BF V CC + - v tr iCiC v RL v tr V CC = V CC +v tr v CC

57 Amplificadores Clase D (I) + - v RL D1D1 RLRL L C +V CC i C2 D2D2 Q1Q1 Q2Q2 i C1 i D2 i D1 A + - vAvA iLiL + - V CC /2 iLiL v RL ATE-UO EC amp pot 56 Circuito básico vAvA V CC /2 - V CC /2

58 Amplificadores Clase D (II) L + - v RL D1D1 RLRL C +V CC i C2 D2D2 Q1Q1 Q2Q2 i C1 i D2 i D1 A + - vAvA iLiL + - V CC /2 ATE-UO EC amp pot 57 vAvA V CC /2 - V CC /2 = + Armónicos v RL v RL = (V CC /2)·4/ = 2·V CC / Luego la tensión de salida es proporcional a la alimentación Puede usarse como modulador de amplitud. Análisis Menor frecuencia de operación debido a que los transistores trabajan en conmutación.

59 Amplificadores Clase D y amplificadores Clase E (I) ATE-UO EC amp pot 58 i C1 i C2 vAvA iLiL Clase D Clase E vAvA iLiL i C1 i C2 i D2 i D1 vAvA iLiL Conmutación forzada en los diodos: salen de conducción cuando entran los transistores en conducción. Conmutación natural en los diodos: salen de conducción cuando se invierte la corriente por resonancia.

60 Ejemplo de esquema real de amplificador de potencia (obtenidos del ARRL Handbook 2001) Amplificador lineal Clase B en Push-Pull ATE-UO EC amp pot 59 Polarización Push-Pull Filtro pasa- bajos


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