Amplificador de RF

Amplificador de RF

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AMPLIFICADOR DE RF

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

1. Identificar una etapa amplificadora de RF que se utiliza en un amplificador típico de baja frecuencia y medir los voltajes de operación de dc.

1. Mostrar la operación de la etapa amplificadora de RF en un transmisor de baja potencia y ajustar la red de acoplamiento para una carga reflejada y potencia de salida correctas a la frecuencia de operación.

1. Verificar que en un amplificador de clase C, el transistor conduce durante menos que 180 grados de la señal de entrada.

1. Verificar que la red de acoplamiento opera como un circuito de transferencia de impedancia.

COMPONENTES BÁSICOS

1. Los transistores requieren de amplificación de voltaje y potencia para radiar señales de RF a grandes distancias.

1. Los amplificadores de poder generalmente operan en clase C para una mejor eficiencia.

1. En un amplificador de clase C, la corriente de colector fluye durante menos de 180 grados de la señal de entrada.

1. Los amplificadores de clase C utilizan la fuente de poder con mayor eficiencia que los de la clase A o B debido a que o están apagados y no consumen potencia o están totalmente encendidos y consumen la potencia mínima.

1. Las redes de acoplamiento se utilizan para suministrar igual impedancia de la antena y de la etapa amplificadora de potencia final.

1. Las redes de acoplamiento también suministran filtrado de frecuencias armónicas indeseables (múltiplos de la frecuencia fundamental).

1. Las redes de acoplamiento utilizan componentes reactivas para el almacenaje de energía y pérdida mínima de potencia, y generalmente suministran capacidad de sintonización para la etapa amplificadora de potencia final.

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INFORMACIÓN PRELIMINAR

Las etapas amplificadoras de RF de un 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 linearidad 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.

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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. En este respecto, se puede considerar a la red de acoplamiento como un transformador de impedancias. Por ejemplo, suponga que la impedancia de salida del amplificador de poder es de un K; y que la impedancia de la antena es de 50 ;. La red de acoplamiento hace que la impedancia de la antena de 50 ; le parezca de 1 K; al amplificador de poder y al mismo tiempo hace que la impedancia del amplificador de potencia de 1 K; parezca como de 50 ; 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 (armónicas). 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.

EQUIPOS Y COMPONENTES

• Fuente de energía (9 Vdc – 1 mA).

• Multímetro digital.

• Osciloscopio.

• Generador de AF

• Generador de RF

• 01 Resistencia 47 K; = R1 

• 01 Resistencia 10 K; = R2 

• 03 Resistencia 4,7 K; = R3, R6 y R7 

• 02 Resistencia 1 K; = R4 y R8 

• 02 Resistencia 100 ; = R5 

• 03 Condensador 0,1 uF = C1, C2 y C7 

• 03 Condensador 0,01uF = C3, C4 y C8 

• 01 Condensador 390 pF = C5 

• 01 Condensador 330 pF = C6 

• 02 Bobinas 215 mH = L1 y L2 

• 02 Transistores NPN 2N2219A = Q1 y Q2 

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PROCEDIMIENTO

Objetivo A: Identificar una etapa amplificadora de RF que se utiliza en un amplificador típico de baja frecuencia y medir los voltajes de operación de dc.

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Figura 1

1.a.        Examinar las etapas amplificadoras de RF en el circuito de la figura 1.

• Q1 es un amplificador de voltaje de clase A que se utiliza para aumentar la señal de RF a un nivel suficiente para operar Q2.
• El transistor Q2 es un amplificador de poder de clase C.
• La bobina L1 es la carga de colector para Q2.
•  El circuito que consiste en C5, C6 y L2 es una red de acoplamiento.
• La resistencia R7 sirve, en vez de la antena como carga ficticia para el amplificador de RF para impedir la radiación de la señal de RF.
• La resistencia R7 se aproxima a la impedancia de la antena.
• Las bobinas L1 y L2 son ajustables, de manera que se pueda sintonizar la etapa amplificadora de potencia de RF para una máxima salida a la frecuencia de operación.
• Los condensadores C7 y C8 son de desacoplamiento para reducir aún más la RF y desacoplar las variaciones de AF del voltaje fuente VCC.
• El amplificador de voltaje Q1 no está sintonizado en este circuito, de manera que pueden examinarse los efectos de sintonización del amplificador de poder Q2. En los circuitos de transmisión de mayor potencia son comunes las etapas sintonizadas múltiples.

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