Sin t

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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
Idea fundamental Amplificar señales de RF hasta
niveles suficientes para su transmisión y hacerlo
con buen rendimiento energético.
h PRF/PCC
ATE-UO EC amp pot 01
3
Concepto de Clase de un transistor en un
amplificador (I)
Clase A conducción durante 2p
Clase C conducción lt p
Clase B conducción durante p
ATE-UO EC amp pot 02
4
Concepto de Clase de un transistor en un
amplificador (II)

• Clase D Q1 trabaja en conmutación
• Clase E Q1 trabaja en conmutación a tensión cero

ATE-UO EC amp pot 03
5
Tipos de amplificadores de potencia de RF
Amplificadores lineales la forma de onda de la
tensión de salida vs es proporcional a la de
entrada vg. Amplificadores no lineales la forma
de onda de la tensión de salida vs no es
proporcional a la de entrada vg. Caso
especialmente interesante tensión de salida vs
proporcional a VCC.
ATE-UO EC amp pot 04
6
Amplificador Clase A con la carga en el
circuito de polarización (I)
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 05
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Amplificador Clase A con la carga en el
circuito de polarización (II)
PRF ic12RL/2
PCC ic1VCC
h PRF/PCC ic1RL/(2VCC)
Luego h crece con iC1. Pero el crecimiento de iC1
tiene un límite
ATE-UO EC amp pot 06
8
Amplificador Clase A con la carga en el
circuito de polarización (III)
hmax ic1RL/(2VCC) con iC1 VCC/2RL Por
tanto hmax 1/4 25
El 25 es un rendimiento máximo muy bajo!
ATE-UO EC amp pot 07
9
Amplificador Clase A con polarización por
fuente de corriente (I)
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 08
10
Amplificador Clase A con polarización por
fuente de corriente (II)
Realización física de la fuente de corriente
La tensión en la fuente de corriente debe ser la
mostrada
ATE-UO EC amp pot 09
11
Amplificador Clase A con polarización por
fuente de corriente (III)
Elección del punto de trabajo para un valor de IC
Recta de carga en alterna con pendiente 1/RL
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
ATE-UO EC amp pot 10
12
Amplificador Clase A con polarización por
fuente de corriente (IV)
PRF Ic2RL/2
PCC IcVCC
h IcRL/(2VCC)
Luego h crece con IC y tiene el límite en IC
VCC/2RL.
ATE-UO EC amp pot 11
13
Amplificador Clase A con polarización por
fuente de corriente (V)
Con IC VCC/2RL, hmax 1/4 25. Sigue
siendo muy bajo!
ATE-UO EC amp pot 12
14
Amplificador Clase A con polarización por
resistencia de colector (I)
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 13
15
Amplificador Clase A con polarización por
resistencia de colector (II)
Cómo debe elegirse RC para obtener rendimiento
máximo? Cuál será el rendimiento máximo?
ATE-UO EC amp pot 14
16
Resumen de los amplificador Clase A (hasta
ahora)

• La componente de alterna de iC circula por la
  carga y por la resistencia de polarización.
• En la resistencia de polarización se disipa
  continua (además de alterna).

• Toda la componente de alterna de iC circula por
  la carga.
• Pero en la fuente de corriente se disipa
  continua.

• Toda la componente de alterna de iC circula por
  la carga.
• Pero en la carga se disipa continua.

Podemos conseguir que en elemento de
polarización no se disipe ni alterna ni continua?
ATE-UO EC amp pot 15
17
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (I)
Circuito básico
La bobina LCH debe presentar una impedancia mucho
mayor que RL a la frecuencia de trabajo
ATE-UO EC amp pot 16
18
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (II)
Circuito equivalente al básico

• En ambos casos
• Toda la componente de alterna de iC circula por
  la carga.
• En la bobina, obviamente, no se disipa potencia.

ATE-UO EC amp pot 17
19
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
RL RL/n2 iRL iRLn

• Es como el caso anterior
• Toda la componente de alterna de iC circula por
  la carga (modificada por la relación de
  transformación del transformador).
• En el transformador, obviamente, no se disipa
  potencia.

ATE-UO EC amp pot 18
20
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (IV)
Circuito de estudio
Recta de carga en alterna con pendiente -1/RL
Punto de trabajo
Cómo debe elegirse el punto de trabajo para
obtener el máximo rendimiento posible?
ATE-UO EC amp pot 19
21
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (V)
La componente de alterna en el transistor es la
misma que en la carga
PRF (ic1RL)2/(2RL)
PCC ic1VCC
h PRF/PCC ic1RL/(2VCC)
El máximo valor de ic1RL es ic1RL VCC y por
tanto hmax 1/2 50. Ha mejorado, pero
sigue siendo bajo!
ATE-UO EC amp pot 20
22
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (VI)
Situación con la máxima señal que se puede manejar
hmax 50.
Cuál es el rendimiento cuando la señal es no es
la máxima posible?
ATE-UO EC amp pot 21
23
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (VII)
Situación con señal menor que la máxima que se
puede manejar
PRF (DvCE)2/(2RL)
PCC VCC2/RL
h PRF/PCC 0,5(DvCE/VCC)2
ATE-UO EC amp pot 22
24
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (VIII)
Con transistores reales (no idealizados)
PRF (VCC-vCE sat)2/(2RL) PCC VCC(VCC-vCE
sat)/RL h 0,5(VCC-vCE sat)/ VCC
ATE-UO EC amp pot 23
25
Amplificador Clase A con polarización por
bobina de choque en el colector (IX)
Señal modulada en amplitud
vce(wmt, wpt) DvCE(wmt)sen(wpt) DvCE(wmt)
vp1 msen(wmt) m vm/vp h(wmt) 0,5DvCE
(wmt)/VCC2 Þ h(wmt) 0,5(vp/VCC)21
msen(wmt)2
hmed 0,5(vp/VCC)21 m2/2 hmed max Þ vp
VCC/2, m 1 hmed max 0,1251 1/2 18,75
Vuelve a ser muy bajo!
ATE-UO EC amp pot 24
26
Amplificador Clase B con un único transistor (I)
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 25
27
Amplificador Clase B con un único transistor
(II)
ATE-UO EC amp pot 26
28
Amplificador Clase B con un único transistor
(III)
Circuitos equivalentes (I)
ATE-UO EC amp pot 27
29
Amplificador Clase B con un único transistor
(IV)
Circuitos equivalentes (II)
iCca1 (wt) (iCpico/2)sen(wt) vRL(wt)
RLiRL(wt) -RLiCca1(wt) vRL(wt)
-RL(iCpico/2)sen(wt)
ATE-UO EC amp pot 28
30
Amplificador Clase B con un único transistor (V)
Llamamos vce a la componente de alterna de vCE.
Entonces vce(wt) vRL(wt) -RL(iCpico/2)sen(w
t) Þ vce(wt) -(RL /2)iCpicosen(wt) -(RL
/2)iC Por tanto DvCE iCpicoRL/2
Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y
excursión del punto de trabajo
ATE-UO EC amp pot 29
31
Amplificador Clase B con un único transistor
(VI)
Cálculo del rendimiento máximo posible
PRF (DvCE)2/(2RL) (iCpicoRL)2/(8RL) PCC
VCCiCpico/p h PRF/PCC iCpicoRLp/(8VCC)
El máximo valor de iCpico es iCpico max
2VCC/RL y por tanto hmax p/4 78,5 Ha
mejorado notablemente!
ATE-UO EC amp pot 30
32
Amplificador Clase B con un único transistor
(VII)
Situación con la máxima señal que se puede manejar
ATE-UO EC amp pot 31
33
Amplificador Clase B con un único transistor
(VIII)
Cálculo de la potencia máxima disipada en el
transistor, PTr
PRF (iCpicoRL)2/(8RL) PCC VCCiCpico/p PTr
PCC - PRF Þ PTr VCCiCpico/p -
(iCpicoRL)2/(8RL) PTr tiene un máximo
en iCpico PTmax 4VCC/(pRL) Nótese que
iCpico PTmax lt iCpico max 2VCC/RL PTrmax
2VCC2/(p2RL) La potencia máxima de RF es PRF
max (iCpico maxRL)2/(8RL) Þ PRF max
VCC2/(2RL) Por tanto PTrmax 4PRF max/p2
0,405PRF max
ATE-UO EC amp pot 32
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Amplificador Clase B con un único transistor
(IX)
Con transistores reales (no idealizados)

• PRF (VCC-vCE sat)2/(2RL)
• PCC VCC2(VCC-vCE sat)/(pRL)
• h p(VCC-vCE sat)/(4VCC) Þ
• h 0,785(VCC-vCE sat)/VCC

ATE-UO EC amp pot 33
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Amplificador Clase B con un único transistor (X)
Señal modulada en amplitud

• DvCE(wmt) vp1 msen(wmt)
• m vm/vp
• PRF DvCE(wmt)2/(2RL)
• PCC VCCiCpico(wmt)/p
• DvCE(wmt) iCpico(wmt)RL/2 Þ
• PCC VCC2DvCE(wmt)/(pRL)
• h PRF/PCC pDvCE(wmt)/(4VCC)
• h 0,785vp1 msen(wmt)/VCC
• hmed 0,785vp/VCC
• hmed max Þ vp VCC/2 Þ hmed max 39,26

ATE-UO EC amp pot 34
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Amplificador Clase B con dos transistores (I)
Circuito básico Montaje en contrafase o
Push-Pull (I)
RL RL/n2
ATE-UO EC amp pot 35
37
Amplificador Clase B con dos transistores (II)
Circuito básico Montaje en contrafase o
Push-Pull (II)
ATE-UO EC amp pot 36
38
Amplificador Clase B con dos transistores (III)
Circuito básico Montaje en contrafase o
Push-Pull (III)
ATE-UO EC amp pot 37
39
Amplificador Clase B con dos transistores (IV)
Cálculo del rendimiento máximo posible
PRF iCpico2RL/2 PCC 2VCCiCpico/p h
iCpicoRLp/(4VCC) Þ h 0,785iCpicoRL/VCC
Como iCpico max VCC/RL, entonces hmax
p/4 78,5 Como en el caso de un transistor
ATE-UO EC amp pot 38
40
Amplificador Clase B con dos transistores (V)
Situación con la máxima señal que se puede manejar
hmax 78,5
ATE-UO EC amp pot 39
41
Ganancia de los amplificadores Clase A con
bobina, Clase B con un transistor y Clase B
con dos transistores
Por comodidad, calculamos la Transresistencia
DvRL/DiB
En todos los casos DvRL VCC, DiB DiC/b
DvRL/DiB RLb
DvRL/DiB RLnb
DvRL/DiB RLb/2
ATE-UO EC amp pot 40
42
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 iCmax Banda
Clase A 50 RLb/rBE Lineal 2VCC/RL Ancha
Clase B, 1 transistor 78,5 RLb/(2rBE) No lineal 2VCC/RL Estrecha
Clase B, 2 transistores 78,5 RLnb/rBE Lineal VCC/RL Ancha
rBE resistencia dinámica de la unión
base-emisor RL RL/n2
ATE-UO EC amp pot 41
43
Circuitos de polarización en clases A y B
ATE-UO EC amp pot 42
44
Amplificadores Clase C
Se puede el rendimiento máximo teórico mayor que
el 78,5? Qué hay que sacrificar?
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 43
45
Amplificadores Clase C lineales (I)
Cómo conseguir un ángulo de conducción menor de
180º ?
Cómo conseguir proporcionalidad entre iB y vg?
ATE-UO EC amp pot 44
46
Amplificadores Clase C lineales (II)

• Relaciones entre variables
• vg Vg picosen(wt)

• fC 2arcos(VB vgBE)/Vg pico

Para conseguir proporcionalidad entre iB y vg
debe cumplirse - Que VBvgBE varíe
proporcionalmente a Vg pico. - Que fC no varíe.
ATE-UO EC amp pot 45
47
Amplificadores Clase C lineales (III)
Realización física
vBE vgBE iBrBE
VB (Vg pico vgBE)RB/(RB Rg rBE) VB
vgBE Vg picoRB/(RB Rg rBE) vgBE(Rg
rBE)/(RB Rg rBE) Si Vg picoRB gtgt vgBE(Rg
rBE), entonces VB vgBE ? Vg picoRB/(RB Rg
rBE) es decir, proporcionalidad. Ojo! como vg
VB vgBE (Rg rBE)iB si vg gtgt vBE
Þ Pequeña ganancia.
ATE-UO EC amp pot 46
48
Amplificadores Clase C lineales (IV)
fC 2arcos(VB vgBE)/Vg pico Entonces iB
sen(wt) cos(fC/2) Vg pico/(RgrBE) y, por
tanto iC sen(wt) cos(fC/2)bVg
pico/(RgrBE) El valor de pico vale iCpico 1
cos(fC/2)bVg pico/(RgrBE) Es decir
ATE-UO EC amp pot 47
49
Amplificadores Clase C lineales (V)

• Resto de armónicos

ATE-UO EC amp pot 48
50
Amplificadores Clase C lineales (VI)
Circuito equivalente de alterna
Por tanto vRL(wt) -RLiCca1(wt) vce(wt)
vRL(wt) -RLiCca1(wt)
Es decir
ATE-UO EC amp pot 49
51
Amplificadores Clase C lineales (VII)
Rectas de carga, punto de trabajo (estático) y
excursión del punto de trabajo
Cálculo de vCE0 vCE0 VCC DvCEcos(fC/2)
ATE-UO EC amp pot 50
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Amplificadores Clase C lineales (VIII)
Cálculo del rendimiento máximo posible (I)
PRF (DvCE)2/(2RL) (iCpicoRL)2/(2RL)
PCC VCCIC
h PRF/PCC Þ
Luego h crece con iCpico. Calculamos el valor
máximo
iCpico max vCE0 min/RL(1 cos(fC/2)
VCC(1 cos(fC/2))/RL(1 cos(fC/2)
Þ iCpico max VCC/RL
ATE-UO EC amp pot 51
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Amplificadores Clase C lineales (IX)
Cálculo del rendimiento máximo posible (II)
Sustituyendo iCpico por iCpico max
ATE-UO EC amp pot 52
54
Amplificadores Clase C lineales (X)
Resumen de características
Linealidad Difícil, sacrificando
ganancia. Rendimiento máximo Alto, 80-90
. Ganancia Baja. Impedancia de entrada Muy no
lineal. Corriente de colector Picos altos y
estrechos. Ancho de banda Pequeño.
ATE-UO EC amp pot 53
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Amplificadores Clase C muy no lineales (I)
El transistor trabaja casi en conmutación

• 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
• vRL VCCsen(wt)
• El rendimiento es bastante alto.

ATE-UO EC amp pot 54
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Amplificadores Clase C muy no lineales (II)
Modulador de amplitud
VCC VCCvtr
ATE-UO EC amp pot 55
57
Amplificadores Clase D (I)
Circuito básico
ATE-UO EC amp pot 56
58
Amplificadores Clase D (II)
Análisis


Armónicos
DvRL (VCC/2)4/p 2VCC/p Luego la tensión de
salida es proporcional a la alimentación Þ Puede
usarse como modulador de amplitud.

• Menor frecuencia de operación debido a que los
  transistores trabajan en conmutación.

ATE-UO EC amp pot 57
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Amplificadores Clase D y amplificadores Clase
E (I)

• 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.

ATE-UO EC amp pot 58
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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