Amplificador de Potencia 2W

5/6/2018 Amplificador de Potencia 2W - slidepdf.com

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Amplificador de Potencia 2W ± 100 MHz

y Cesar y Comentarios (3)

y 4August 2010

y Proyectos de Electronica

En este artículo (divido en varias partes) voy a tratar el diseño de un amplificador de

potencia de 2W trabajando en una frecuencia de 100 MHz en la banda de VHF, los

cálculos paso a paso, determinación de los parámetros S, calculo de las redes de adaptación,etc.

El desarrollo de este amplificador llevo bastante tiempo de diseño y sobre todo muchas

pruebas en el laboratorio para ir corrigiendo errores y lo esencial que consiste en sintonizar correctamente las redes de adaptación para disminuir las atenuaciones entre las distintas

etapas.

Diseño de un Amplificador Potencia

Este amplificador fue diseñado para el transmisor de FM , por lo cual no es necesario una

amplificación lineal, pudiéndose emplearse un amplificador clase C obteniendo una mayor eficiencia y sencillez.

Cálculo de Ganancia y Diagrama en Bloques

La ganancia es la relación entre la potencia de salida y la de entrada:

1mW es la potencia de salida ideal del transmisor de FM, como se puede ver la ganancia es

muy grande como para alcanzarla en una sola etapa eficazmente, por lo cual es necesarioamplificar en varias etapas, tampoco se pueden colocar muchas ya que aumenta el número

de redes de adaptación, con el consiguiente problema de que cada una de estas debe cubrir un ancho de banda entre 88 ± 108 MHz, es por esto que se elige dividir en 3 etapas.

3º Etapa

La tercera etapa viene a ser la última, como la potencia que queremos alcanzar es de 2W,

elegimos el transistor 2N3553 que según la datasheet puede suministrar un máximo de 7 W.Los características eléctricas son:

y Pout = 2,5W @175MHz @Vcc 28V

y Vcc < 28v



y f max = 500MHz

y Gain = >10dB Typ @175MHzy Efficiency > 50%

La curva de potencia salida vs entrada es:

Considerando una potencia de salida de 3W, y teniendo en cuenta una frecuencia mayor a100 MHz se puede ver que la curva que cumple los requerimientos es la (4), la cual se da

para una potencia de entrada de 100 mW. Se adopta una tensión de alimentación igual a25V.

Donde ZL es la impedancia que ³ve´ el colector para la potencia de 3W.

2º Etapa



La 2da etapa es la encargada de suministrar los 100 mW a la 3ra etapa calculada

previamente. Las etapas de adaptación de impedancias generan perdidas (perdida deinserción), por lo cual se considera 0,5 dB (1,12) de potencia extra.

Potencia requerida para entregar al 2N3553: P N + 0,5 dB = 100 mW x 1,12 = 112 mW.

Se elige el transistor de RF BFR96TS para ésta etapa, en su datasheet podemos encontrar una tabla de parámetros S

Con los parámetros S11 (coef de reflexión de entrada) y S22 (coef de reflexión de salida),mediante la fórmula del coeficiente de reflexion o mediante el abaco o carta de Smith (más

rápido) podemos encontrar las impedancias de entrada y salida para señales debiles.

Como ya tenemos la potencia y la resistencia de salida, podemos calcular la tensión desalida, y a partir de ella la corriente de salida (Icq).

(no olvidarse que los parámetros están relacionados con 50 mA, fijamos una Vce=5 V).Teniendo la corriente del colector y habiendo determinado la tensión colector-emisor,

podemos calcular la potencia del colector. Por medio de fórmula y con los parámetros Selegidos (para una frec de 100 MHz) encontramos la ganancia del transistor, tenemos

ganancia y potencia de salida (Pc) podemos fácilmente calcular la potencia de entrada quedebera suministrar la primera etapa.



Ya tenemos potencia de entrada y también la resistencia de entrada, por lo que podemoscalcular la tensión de entrada.

Análisis del factor de estabilidad de Rollett

Este análisis nos permite conocer si el amplificador (en este caso la 2da etapa) va acomportarse de forma estable. Para poder considerarlo estable el factor K debe ser mayor a

la unidad.

Al no cumplir debemos colocar una red de neutralización lo cual produce una disminuciónen la ganancia.

1º Etapa

Para esta etapa como la ganancia va a ser menor que la de la segunda, elegimos un

transistor de RF ³más chico´, específicamente el BFR90.

Potencia requerida para entregar al BFR96TS: P N + 0,5 dB = 0,39 mW * 1,12 = 0,436 mW

Los parametros S son:



Calculamos las impedancias Zin y Zo (Zout)

A partir de Zo obtenemos Vo e Icq

Fijamos una Vce de 5V

calculamos Vin

Factor de Rollet



En esta etapa también necesitamos una red de neutralización.

En el próximo artículo voy a tratar el calculo d e los valor e s d e corrient e y t en sión

nece sarios para la polarización d e los tran sformador e s.

Amplificador de Potencia 2W

y Diseño Amplificador de Potencia 2W/100 MHZ ± 1º Parte



Etiquetasamplificador , diseño, FM, RF, Smith, VHF

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tenemos diseñado las etapas necesarias...

Continuamos con el diseño electrónico del amplificador de potencia de 2w trabajando en

rango de frecuencia VHF. En la primera parte, del diseño del amplificador se demostrócomo se calculan las etapas teniendo la potencia necesaria en la salida y la potencia de

entrada (que es la pot de salida del transmisor).

Se calculo un total de 3 etapas, teniendo en consideraron una atenuación de -0,5 dB en las

etapas de adaptación de impedancias.

Teniendo definido las etapas, podemos dedicarnos a calcular la polarización de cada una.

Polarización de los Transistores

Polarización del 2N3553

Esta etapa se caracteriza por ser de clase ³C´, en ella encontraremos un transistor de

potencia capaz de disipar en el colector una potencia de hasta 3,5W con una potencia deentrada de aproximadamente 100mW.

Hay que tener cuidado con la temperatura que puede llegar a tomar el encapsulado ya queeste no podrá en ningún caso superar los 125 ºC por lo que se debe colocar un disipador.

Clase C

Po = 3W

Pin = 0.1W

VCEQ= 25VGain (min) = 10dB

Eficiencia = 50%

Diagrama Esquemático



En el articulo anterior para realizar los cálculos del 2N3553 no se basaron en los parámetros S ya que no se cuentan con los mismos en la hoja de datos del transistor. Por lo

que éste circuito es una modificación del recomendado por el fabricante en la hoja de datosque ya está adaptado a 50�.

Reactancia del choke de RF:

Polarización del BRF96TS

Clase ³A´Vcc = 12V

VCEQ = 5VICQ = 60mA

hfe = 50Rendimiento = 50%




Re2 en el diagrama es R7

Según la hoja de datos el hfe está entre 25 y 150, asumo hfe = 50. Ahora podemos calcular

Rb y con ella podemos encontrar la tensión de base Vbb y calcular las resistencias.



Polarización del BFR90

Clase ³A´

Vcc = 12VVCEQ = 5V

ICQ = 10mAhfe = 30

Rendimiento = 50%


Análisis en

alterna

Vrc = 0,7 V

La red de salida será



Análisis en continua

Según la hoja de datos el hfe = 50

En el próximo y último articulo vamos a ver como se calculan las r ed e s d e adaptación para t ener máxima tran sf er encia d e pot encia y con e so t erminamos



Amplificador de Potencia ± 3º Parte

y Cesar y Comentarios (6)

y 16 August 2010

y Proyectos de Electronica

Ultima entrega sobre el diseño del amplificador de potencia, ya tenemos diseñado lasetapas necesarias para la amplificación que elegimos, entrando con 1mW y saliendo con

2W«. 3000 veces más grande. Seleccionamos los transistores a utilizar y diseñamos loscircuitos para realizar la polarización de cada uno.

Este último paso es muy importante ya que si no lo tenemos en cuenta o lo hacemos mal

nos tira toda la ganancia y hasta podríamos terminar haciendo un atenuador jaja « lomás común es que en lugar de tener un amplificador obtenemos un oscilador y tampoco

queremos eso.

Cálculo de las Redes de Adaptación

Es muy importante adaptar las impedancias de cada etapa entre sí, con la carga y con el

generador, para poder tener máxima transferencia de potencia y viéndolo desde el lado demedios de enlace evitar tener ondas reflejadas

Adaptar significa que la impedancia de salida de una etapa tiene que ser igual a la

impedancia de entrada de la etapa siguiente.

Elijo adaptar todo el amplificador a 50 ohm. Según fuimos calculando las impedancias deentrada y salida de las etapas son:

Para realizar las adaptación use la versión DEMO de Smith V2.3 (nada de andar haciendoen papel con compas y regla )

Red de Adaptación Nº 3

Zo = 50�

Zin = Z¶out Q2 = 60 + j 45Se elige un Q= 5




Zo = Z¶in Q2 = 24.5 + j 11 �

Zin = Z¶out Q = 125 + j 190 �Se elige un Q= 5.


Zo = Z¶in Q1 = 60 + j52.5 �Zin = 50 �

Se elige un Q= 5



Terminamos!

Esquema del Amplificador de Potencia

N otas Finales

El pcb que se diseñe para este circuito tiene que ser de 2 capas, ya que es necesario si o sitener un plano de tierra, en mi caso, puse planos de tierra en los 2 lados de la plaqueta (de

fibra de vidrio) y los conecte mutuamente en muchos puntos para tener el plano de tierra lomás homogéneo posible.

A pesar que en el calculo de los circuitos de las redes de adaptación se encuentran valoresfijos para los capacitores, además de ser valores muy difíciles (algunos imposibles) de



conseguir el diseño de la plaqueta que realicemos no va a ser perfecto ya que no se tuvimos

en cuenta las capacitancias parásitas (que en alta frecuencia adquieren importancia) de por ejemplo los resistores, además de las capacitancias debido a un ruteo de pistas no correcto.

Por todo eso es que no se ponen valores de capacitores fijos en las redes de adaptación sinoque se colocan capacitores variables.

Con un osciloscopio tenemos que ir etapa por etapa corroborando los valores de la señales

entrantes y salientes y ajustar cada capacitor variable hasta alcanzar los maximos.

Les conviene usar tanto en la entrada y salida del amplificador conectores BNC (los que

traen los osciloscopios), les va a ser más fácil medir el verdadero valor de potencia sidisponen de una carga (antena) fantasma. Desde la salida del modulador de FM hasta el

amplificador usen conectores BNC y cable coaxial, lo mismo para la salida.

Por ultimo deajr en claro que en el transistor 2n3553 debemos colocarle un disipador.

PD:Le s d ebo la foto d el prototipo por que lo done je, voy a ver si lo con sigo así l e saco unas fotos y pued en apr eciar el diseño particular d e mi pcb, los planos d e tierra , la forma

en que e stán bobinadas las inductancias d e choque en los VK200

Amplificador de Potencia 2W




Etiquetas2N3553, amplificador , BFR90, BFR96, diseño, FM, potencia, RF, Smith, VHF, VK200

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