Amplificadores de RF sintonizados

Amplificadores de RF
sintonizados
Amplificador de banda ancha
Respuesta en frecuencia plana, muy
bajo ruido y muy buena linealidad
(muy baja distorsión armónica y por
intermodulación)
Filtro pasabanda
+
Amplificador de banda ancha
Ejemplo
Ejemplo
Amplificación de
señales de RF
Amplificadores sintonizados
Amplificadores de RF de
potencia de alto rendimiento
Ejemplo
Ejemplo
Amplificador para CATV
•Igual ganancia para
todos los canales
•Rango 0,1MHz a1GHz
Amplificador para
Frecuencias Intermedias
•Anchos de banda de
algunos MHz
•Sintonizadores de TV
Amplificador de entrada
Amplificador de
Frecuencias Intermedias
•Anchos de banda de
algunas decenas de KHz
•Sintonizadores AM/FM
Transmisores de radio,
televisión, enlaces de
micro ondas, satélites,
telefonía móvil, etc.
Amplificador de banda ancha
•Ganancia = 22dB
•Rango 40MHz a 450MHz
•Planicidad +/- 0,2dB de 40 a 450 MHz
¡No es un amplificador sintonizado!
Ejemplo: Amplificador de banda ancha
LM733
Ejemplo:
Filtro acústico de superficie de 6MHZ de ancho
de banda centrado en 45 MHz + LM733
¡No es un amplificador sintonizado!
Amplificadores sintonizados
Introducción
• Las señales de RF generalmente son de muy baja amplitud,
desde algunos µV a algunos mV
• Es posible diseñar etapas amplificadoras con un solo
transistor en una implementación discreta y pares
diferenciales en una implementación integrada
• El concepto predominante es que éstas etapas operan con un
ancho de banda relativamente pequeño con respecto a la
frecuencia central de la banda de frecuencias amplificadas,
rechazando débil o fuertemente las frecuencias fuera de la
banda de interés.
Enlaces radio eléctricos
•
Se transmite una señal de interés llamada banda base
•
La señal banda base modula una portadora en el transmisor
•
En el receptor se sintoniza esa portadora modulada y se la amplifica
•
La portadora + banda base se amplifica y se demodula obteniendo nuevamente la señal
de interés
TX
Banda base
RX
Señal recibida y levemente amplificada
Portadora
Señal transmitida
FI
Se desplaza a la FI y se amplifica más
Banda base
Ejemplo: Receptor de radio AM o FM o TV
Control
Automático de
Ganancia
Video
102,3MHz
Amplificador
de RF
sintonizable
Multiplicador
Amplificador de
RF muy
selectivo
10,7MHz
Demodulador
(audio y/o video)
20 a 15000 Hz
Control de
sintonía
Oscilador de
RF
sintonizable
Control
Automático de
Frecuencia
Altoparlante
Amplificador
de audio
113MHz
Fuente de
alimentación para
baja potencia
Fuente de
alimentación para
alta potencia
Los valores de frecuencia ejemplifican un receptor de Frecuencia Modulada
Ejemplo:
Receptor de radio de AM
Famosa radio Spica ST600
(MP3 de los años 60)
Ejemplo: sintonizador de TV
Ejemplo: sintonizador de FM
Ejemplo: sintonizador de FM
Etapa amplificadora básica
La ganancia de la etapa es:
gm
VO
gm
g
H=
=
=
Vi g + jωC + 1
 ω ωO 

1 + j Q
−
T
j ωL
 ωO ω 
Donde se tiene que:
ωO =
1
LC
CT = C + Cce + C L
Q=
ωO CT
g
1
1
g=
+
Rce RL
Respuesta del amplificador sintonizado básico:
H (ω )
H (ωO )
H (ω )
H (ωO )
45
̶ 45
 ω ωO 
x = Q
−

ω
ω
O


Adaptación de impedancias:
ZENT
Zg
vG
ZENT*
ZSAL
Red de
adaptación
•
Las redes de adaptación deben presentar la impedancia conjugada.
Adaptación en parte real (máxima transferencia de potencia)
Adaptación en parte imaginaria (sintonía)
Redes de adaptación sin pérdidas, formadas por elementos no
disipativos: L, C, transformadores, líneas de transmisión.
Banda limitada.
Red de
adaptación
•
•
•
•
ZSAL*
ZC
Redes de adaptación de impedancias:
Acoplamiento entre etapas
Acoplamiento con autotransformador
Acoplamiento con transformador
Acoplamiento a con
capacitor dividido
Selectividad
ancho de banda a − 60 dB
S=
ancho de banda a − 3 dB
Coeficiente de acoplamiento entre etapas (doble sintonía)
Amplificadores sintonizados escalonadamente
Para lograr una sintonía escalonada cada amplificador debe sintonizarse a
una frecuencia ligeramente diferente a la frecuencia central deseada
Ajuste de las frecuencias de sintonía de cada etapa
f01 f02
f 01 = f CENTRAL − 0,35. BW
f 02 = f CENTRAL + 0,35. BW
BW = ancho de banda total
BW1 = BW2 = 0,707. ancho de banda total
Estabilidad
•
A veces, debido a la elevada ganancia, basta una pequeña realimentación
para que un dispositivo activo se vuelva inestable, es decir, se comporte
como un oscilador (aparece una señal a la salida sin señal de entrada)
(realimentación positiva)
•
El diseño de un amplificador debe garantizar siempre la estabilidad
La realimentación puede dar
lugar a inestabilidades
Modelo de un transistor bipolar
Criterios de Estabilidad
Criterio de Linvill:
2 g11 g 22 − ℜe (y12 y 21 ) > y12 y 21 ⇒ Estable
Criterio de Stern:
(
)(
)
2 g11 + G ' S g 22 + G ' L > y12 y 21 + ℜe (y12 y 21 ) ⇒ Estable
Técnicas de estabilización
•
•
•
Unilaterización => y12 = 0
Neutralización => compensar parte imaginaria de y12
Elección adecuada de impedancias fuente y carga de
modo que cumpla Stern o Linvill