¿Conoces los conceptos básicos de los amplificadores de potencia?

Con tanta atención en IBOC, es apropiado dar un paso atrás y revisar los principios básicos de los amplificadores de RF.

El transmisor de radio es una colección de etapas. Cada etapa modifica la señal de alguna manera para producir la salida deseada. En la primera etapa, un oscilador o excitador genera la frecuencia de operación deseada. La salida de esta sección se eleva al valor de salida del transmisor especificado. Este aumento de potencia puede ser mediante etapas de amplificación sucesivamente más grandes o, en algunos casos, donde la salida del excitador es suficiente, directamente al amplificador de potencia (PA) final del transmisor.

La señal de RF transmitida debe llevar cierta información. En la transmisión, la información transmitida toma la forma de discurso o música y se llama modulación. Con la modulación de amplitud (AM), la portadora de RF varía en intensidad (amplitud) a una velocidad que depende de la frecuencia del sonido.

Figura 1. En un amplificador de clase A, no fluye corriente de red hasta que la red se vuelve positiva. La operación no lineal ocurre cuando la corriente de la red deja de seguir la corriente de la placa.

Independientemente de dónde tenga lugar la modulación de la portadora, es esencial que la etapa de amplificación produzca una señal limpia, amplificada linealmente.


Desde el principio

Los primeros transmisores usaban modulación de amplitud y esto ha continuado de una forma u otra durante aproximadamente 100 años. Es probablemente el método más simple de modulación, que requiere solo la capacidad de variar la potencia de salida de una etapa de RF variando la señal de audio de entrada.

En el 1930s se desarrolló la modulación de frecuencia (FM). Se logra variando la frecuencia de la señal de RF transmitida en lugar de la amplitud. Se han desarrollado varios métodos de producción de modulación de frecuencia, incluidos sistemas comunes de cambio de fase y mecánico. La modulación de fase produce el mismo efecto en un receptor de FM que la modulación de frecuencia.

La etapa final del transmisor puede ser directamente modulada (en AM), o recibe una señal de RF (FM) ya modulada. Muchos transmisores de transmisión modernos usan módulos de estado sólido en sus etapas de amplificador de potencia, sin embargo, todavía hay un número considerable de transmisores que continúan usando tubos de vacío en sus etapas finales. Los dispositivos de estado sólido proporcionan una reducción considerable en los costos operativos y su uso brinda la capacidad, en la mayoría de los casos, de cambiar un módulo defectuoso en un transmisor operativo sin tener que apagarlo.


Conoce los A, B, Cs

La característica más importante de un amplificador es la linealidad. Esa es la capacidad del escenario para amplificar todas las partes en la misma cantidad para que todas las señales se amplifiquen por igual.

En un amplificador de clase A, la corriente fluye constantemente y no se corta durante ninguna parte del ciclo. En un diseño de tubo, esto se logra suministrando suficiente voltaje de polarización negativa a la red de control para garantizar que nunca sea positivo por encima de 0V en ningún momento del ciclo.

Esto significa que no fluye corriente de red y no se requiere que la fuente produzca energía de la unidad. Por ejemplo, si la señal de entrada tiene una oscilación 30V y la polarización es -30V, el voltaje de la red oscilará entre -60V y 0V y no fluirá corriente de placa.

Figura 2. Cuando un amplificador de Clase B está muy cortado, los picos positivos causan corriente de rejilla y flujo de corriente de placa en una serie de pulsos de media onda.

Debido a que los amplificadores de clase A son inherentemente ineficientes en términos de voltaje y corriente requeridos, generalmente no se usan en la actualidad en transmisores de transmisión comercial. En cambio, los amplificadores de clase B y clase C son comunes o variaciones de los circuitos de clase B y clase C, como un amplificador de clase AB.

Con la introducción de los sistemas de modulación de duración de pulso y operación digital, los amplificadores han cambiado considerablemente, pero los hechos básicos aún se aplican.

Los principios de amplificación siguen siendo los mismos, independientemente de si se trata de un tubo o un amplificador de estado sólido. Debido a la proliferación de transmisores de alta potencia que todavía usan tubos, considere las características de control de un amplificador de tubo de vacío.

La figura 1 muestra las características dinámicas de un amplificador de tubo triodo. La línea continua representa la corriente de la placa. La intersección de esta línea y el eje de voltaje negativo de la red muestra el punto de corte en el cual el tubo tiene una polarización tan negativa que no fluye corriente de placa. A medida que disminuye el sesgo negativo y pasa a través de cero a la región positiva, aumenta la corriente de la placa. Cuanto más abruptamente aumenta la corriente de la placa a medida que el voltaje de la red se vuelve positivo, mayor es la transconductancia del tubo. Esto controla el factor de amplificación. A medida que el voltaje de RF superpuesto se aplica a la red de control, el sesgo se vuelve más negativo en los picos negativos y menos negativo en los picos positivos. Sin embargo, la red nunca será positiva, por lo que no fluirá corriente de red.

Diferencias en opciones

La principal diferencia entre las diversas clases de amplificadores en los diseños de tubos es el nivel de voltaje aplicado a la red de control del amplificador de potencia. En la clase A, debido a que la corriente de la placa nunca se corta por completo, la eficiencia de un amplificador de clase A es baja, aproximadamente 30 por ciento, y también lo es la salida de potencia. La operación de clase AB se logra al permitir que fluya una pequeña cantidad de corriente de red según sea necesario.

En la operación de clase B, el sesgo de la cuadrícula de control aumenta para que la corriente de la placa esté justo en el corte. La parte positiva de la señal aplicada hará que la corriente de la placa fluya inmediatamente. No importa cuán negativo llegue la red, la corriente de la placa nunca fluirá. Este tipo de operación requiere suficiente voltaje de señal para impulsar la red de manera positiva. La corriente máxima de la placa aumenta y, a veces, la corriente promedio de la placa utiliza dos tubos en la operación de empujar y tirar. La figura 2 muestra las características de funcionamiento. La salida es una serie de medias ondas con una eficiencia de aproximadamente 65 por ciento.

La operación de clase C es similar, excepto que la cuadrícula de control está sesgada más allá del corte. La corriente de la placa solo fluye con alta excitación y puede alcanzar la saturación. La eficiencia es alta, alrededor del 90 por ciento. Sin embargo, la forma de onda se puede distorsionar gravemente en las operaciones de clase B y C. Debido a esto, la impedancia de carga correcta debe contener un componente resistivo para desarrollar la potencia requerida. Esta suele ser la resistencia de entrada de la línea de transmisión.

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