30 Arfp A

AMPLIFICATOARE DE RADIOFRECVENŢĂ DE PUTERE ÎN CLASĂ A Amplificatoarele în clasă A sunt acele amplificatoare la care punctul static de funcţionare şi nivelul semnalului de intrare sunt astfel alese încât EA conduce pe întreaga perioadă a semnalului de excitaţie, iar în lipsa acestuia este parcurs de un curent continuu ICQ. Prin urmare, după cum se observă şi din fig. 13, se utilizează zona liniară a caracteristicilor EA, ceea ce asigură o amplificare cu distorsiuni minime într-o gamă largă de frecvenţe.

Fig. 13 Alegerea regimului de funcţionare a unui EA în clasă A Schema unui ARFP clasă A se aseamănă foarte mult cu cea a unui amplificator de semnal mic. În practică, EA are o impedanţă de ieşire complexă, ceea ce necesită prezenţa unei reţele de adaptare, însă, în cele ce urmează nu vom analiza astfel de aspecte, ele fiind abordate în cadrul altor cursuri (semnale şi sisteme, circuite de microunde). În fig. 14 a) este prezentată schema de principiu a unui etaj ARFP clasă A selectiv. Şocul de radiofrecvenţă, Şoc2, asigură blocarea curentului de radiofrecvenţă, care, altfel, ar circula prin sursa de alimentare, iar capacitate de separare, Cout, face ca punctul static de funcţionare să nu fie influenţat de sarcina în curent alternativ. Dacă EA este polarizat astfel încât punctul static de funcţionare se află în centrul regiunii liniare, iar peste

componenta continuă de polarizare se aplică semnalul de excitaţie, atunci valoarea instantanee a tensiunii bază-emitor (grilă-sursă) şi, respectiv, a curentului de colector (drenă) va fi: vb  t   VBE 0  vin sin t , respectiv

ic  t   I CQ  I max sin t ,

unde VBE 0 , I CQ reprezintă tensiunea, respectiv curentul din punctul static de funcţionare, asigurate de sursele de alimentare, iar vin şi I max - valorile de vârf ale tensiunii de excitaţie şi curentului sinusoidal de radiofrecvenţă produs de EA sub acţiunea acesteia.

a)

b) Fig. 14

Curentul absorbit de la sursa de alimentare este egal cu cel din punctul static de funcţionare, din cauza influenţei şocului de radiofrecvenţă, adică: I DC  I CQ . De asemenea, din cauza capacităţii de separare, curentul de ieşire va fi: i0  t   I max sin t

Dacă elementele schemei sunt considerate ideale, atunci tensiunea de ieşire va fi egală cu: v0  t    I max RS sin t  Vmax sin t , iar valoarea instantanee a tensiunii de colector: vc  t   VCC  Vmax sin t Pentru a se evita ca EA să ajungă în zona de limitare, tensiunea de colector, vc  t  , trebuie să fie întotdeauna pozitivă. Energia acumulată în şocul de radiofrecvenţă (inductor) permite tensiunii de colector să depăşească tensiunea de alimentare, ca şi în cazul amplificatoarelor cu transformator de cuplaj. Aceasta face posibil ca limita valorii de vârf a semnalului de ieşire să fie VCC , comparativ cu valoarea VCC /2, specifică amplificatoarelor în clasă A de joasă frecvenţă cu sarcină rezistivă. În practică, excursia maximă a semnalului este mai mică decât VCC , deoarece tensiunea de saturaţie a tranzistorului este diferită de zero. Pentru ca forma curentului de ieşire să fie sinusoidală este necesar ca şi curentul de ieşire să fie întotdeauna pozitiv, astfel încât: I DC  I CQ 

Vmax VCC  RS RS

(3.7)

Puterea absorbită de la sursa de alimentare va fi: Pa  VCC I DC

2 VCC  RS

iar puterea utilă la ieşire (radicalul din valoarea medie pătratică - RMS): 2 2 Vmax VCC Pu   2 RS 2 RS

Prin urmare, randamentul etajului va fi:



2 Pu Vmax 1   2 Pa 2VCC 2

(3.9)

Puterea disipată pe EA reprezintă diferenţa dintre puterea absorbită şi puterea utilă, fapt pentru care aceasta va reprezenta peste 50% din puterea absorbită de un etaj în clasă A, ceea ce impune ca, în proiectare să se ia măsuri de răcire a EA, scăzând astfel eficienţa acestui tip de etaj. În ARFP clasă A utilizate în practică, la ieşire vor exista componente armonice de ordin superior din cauza neliniarităţii EA, care trebuie să fie îndepărtate. Aceasta se poate realiza fie prin alegerea atentă a reţelei de adaptare (într-o structură de tip filtru trece jos), fie prin utilizarea unor filtre separate. Acest lucru permite ca, atunci când amplificatorul trebuie să funcţioneze într-o gamă largă de frecvenţe, în sarcina acestuia să folosim transformatoare de bandă largă cu linii de transmisiune (vezi fig. 14 b)). Efectul componentelor armonice asupra eficienţei amplificatoarelor în clasă A poate fi neglijat, deoarece acestea vor reprezenta, de regulă, cam a suta parte din puterea de ieşire a unui etaj tipic. Efectul valorilor finite ale tensiunii de saturaţie a dispozitivelor utilizate practic la realizarea ARFP conduce la reducerea eficienţei energetice calculate anterior. Valoarea maximă a tensiunii alternative din colector se va reduce la: VaM  VCC  Vsat Astfel, în (3.7) şi (3.9) VCC trebuie înlocuit cu VaM , iar randamentul se reduce cu factorul VaM / VCC . În aceste condiţii, randamentul maxim devine:

 max 

VaM . 2VCC

Valorile lui Vsat şi, ca urmare, cele ale lui VaM sunt dependente de frecvenţă. La frecvenţe joase ( f  fT 10 , unde fT reprezintă frecvenţa de tăiere a EA), EA are suficient timp pentru a ieşi complet din saturaţie şi Vsat va lua valoarea de 0,2V, tipică pentru dispozitivele cu siliciu. La frecvenţe înalte tensiunea medie de saturaţie va creşte şi poate deveni mai mare de câţiva volţi la frecvenţa maximă de lucru a EA. În cazul dispozitivelor MOS există un efect similar saturaţiei, datorat rezistenţei de conducţie a tranzistorului, Ron . În acest caz, valoarea maximă a tensiunii alternative din drenă se va reduce la: VaM 

RS VDD . RS  2 Ron

În practică randamentul ARFP în clasă A nu depăşeşte 30÷40% cu distorsiuni minime. În plus, trebuie menţionat că, în absenţa excitaţiei acestea absorb o putere considerabilă, care depăşeşte puterea oscilaţiilor. Din aceste considerente ARFP în casă A nu sunt utilizate pentru obţinerea unor oscilaţii de putere mare ci, numai ca amplificatoare separatoare şi draivere, adică etaje preamplificatoare în tensiune.