DEFINICIN DE GANANCIAEn los circuitos de baja frecuencia, laganancia es a menudo se considerado entrminos de ganar tensin o corriente, talescomo la relacin de la tensin de salida atravs de la carga con respecto a la entradaaplicada de Voltaje. En las frecuencias deradio se dificulta medir directamente unatensin, por lo que normalmente se utilizaalgn tipo de ganancia de potencia.Ganancia de potencia: Esta es la relacin dela potencia disipada en la carga ZL, y lapotencia entregada a la entrada delamplificador. Esta definicin esindependiente de la impedancia degenerador Zg.

Ganancia disponible: Esta es la relacin de lapotencia de salida de amplificador a ladisponibilidad de potencia capaz de entregarla fuente del generador.

Ganancia de insercin: Esta es la relacin depotencia de salida a la potencia que seradisipada en la carga si el amplificador noestuviera presente. Hay un problema en laaplicacin de esta definicin en mezcladoreso convertidores elevadores paramtricosdonde el frecuencias de entrada y de salidadifieren.

EstabilidadUn amplificador estable es un amplificadordonde no hay oscilaciones no deseadas encualquier sitio. Inestabilidad fuera de labanda de operacin del amplificador todava

puede causar ruidos no deseados e inclusoagotamiento dispositivo. Las oscilacionesslo pueden ocurrir cuando hay es algncamino de realimentacin desde la salida a laentrada. Esta retroalimentacin puede elresultado de un circuito externo, de laretroalimentacin externa elementos decircuito parasito, o de un camino derealimentacin interna tal como a travs deCapacitor en un transistor bipolar en emisorcomn.

Estabilizacin de un amplificador conTransistores.Los criterios para la estabilidad incondicionalque se requieren para cualquier carga determinacin pasiva son| | 1 y | | 1Identificacin de la estabilidad de unamplificador a partir de la carta de SmithEn la carta de Smith se observa dos crculos,uno para la carga y otra para el generador,representan la frontera entre la estabilidad yla inestabilidad. Estos dos crculos puedenser sobrepuestos en una carta de Smith.

La pregunta resultara qu lado? de estoscrculos es la regin estable.Considere primer crculo de estabilidad de lacarga se muestra en la Fig. 7.7. Si unaimpedancia , se empareja a una lnea detransmisin este se conecta directamente alpuerto de salida del circuito de dos puertos,entonces = 0.

Fig.. Crculos para la prediccin de estabilidad e inestabilidadde la carga cuando el origen es estable

En la figura se muestran grficamente losdos casos posibles cuando el origen del planoes estable. A la izquierda se muestra el casoen que la regin estable est dentro delcrculo y a la derecha se muestra el caso enque la regin estable est fuera del crculo

Fig. Ilustracin de los crculos de estabilidad en laregin sombreada es inestable

Estabilidad condicional se produce cuando almenos uno de los crculos de estabilidadintersecta la carta de Smith. Mientras lasimpedancias de carga y de origen estn en elestablo lado del crculo estabilidad, seproduce un funcionamiento estable. Estaeleccin no puede, y por lo general no,coincidir con el generador y la carga deimpedancia para mximo ganancia depotencia transductor. Evitar unfuncionamiento inestable por lo generalrequiere comprometer la ganancia mximapara un poco ms pequea pero a menudoganancia aceptable. Claramente, el uso deuna impedancia demasiado cerca del bordede la estabilidad crculo puede resultar en unfuncionamiento inestable a causa de lafabricacin tolerancias.

Mtodos de estabilizacin para circuitosamplificadores.

La estabilidad se puede lograr a partir de untransistor potencialmente inestableasegurndose de que las impedancias delamplificador elegido terminan siendo dentrode las regiones estables en todas lasfrecuencias segn lo determinado por loscrculos de estabilidad.

Otro mtodo sera cargar el amplificador conuna derivacin adicional o resistencia enserie ya sea en el generador o lado de lacarga. El resistor se incorpora como parte delos parmetros de dos puertos del transistor.Si la condicin para una estabilidadincondicional se logra para este modelo detransistor expandido, a continuacin, laoptimizacin se puede realizar para los otroselementos de circuito para lograr la gananciadeseada y ancho de banda. Por lo general esmejor intentar cargar el lado de salida enlugar de la entrada lado con el fin deminimizar el aumento del amplificado deruido (vase figura).

Fig. Circuito estabilizador por derivacin adicional paraun amplificador Rf

Un tercer enfoque que a veces es til esintroducir una retroalimentacin externa-camino que puede neutralizar laretroalimentacin interna del transistor. Lamayora ampliamente esquema utilizado esel circuito de realimentacin shunt-shunt semuestra en la Figura . Los parmetros y parael circuito de compuesto son simplemente lasuma de los parmetros de los circuitos deretroalimentacin y de los dos puertos delamplificador amplificador.

Fig.. retroalimentacin Shunt-derivacin para laestabilizacin de un transistor.

Circuito de estabilizacin implementado

FIGURA 7.11 Estabilizacin por retroalimentacin parabanda ancha

El transistor con las adaptaciones del circuitoes incondicionalmente estable en unafrecuencia dada. Esta estabilidad ha sidolograda mediante la adicin de susceptanciainductiva en shunt con la entrada deltransistor y los puertos de salida.

Estabilidad de banda ancha se puedeconseguir mediante la sustitucin de labobina de realimentacin con un inductor yuna resistencia como se muestra en la Fig.7.11. Un valor de partida para el inductorpuede se encuentran como se describe parael anlisis de una sola frecuencia. Laresistencia es tpicamente en el rango de200 a 800 , pero los valores ptimos para Ry L son los ms encontrados por optimizacindel ordenador

Amplificador RF Clase AEl amplificador de potencia RF de Clase A estericamente un amplificador lineal. Unamplificador lineal debe ser capaz deproducir una rplica amplificada de la

tensin de entrada o la forma de ondaactual. Que ofrece una reproduccin precisade tanto el sobre y la fase de la seal deentrada. La seal de entrada puede conteneraudio, video, y la informacin de datos. Eltransistor en el amplificador de potenciaclase A RF se hace funcionar como unafuente de corriente dependiente. El ngulode conduccin de la corriente de drenaje ocolector es 360. La eficiencia delamplificador de potencia RF de clase A esmuy baja. La fuga mxima eficiencia concomponentes perfectos es del 50%. Sinembargo, el amplificador de potencia declase A de RF es un casi circuito lineal con unbajo grado de no linealidad. Por lo tanto, seusa comnmente como un preamplificador yuna etapa de potencia de salida de lostransmisores de radio, especialmente para laamplificacin de las seales con unaamplitud variable de la tensin de salida, porejemplo, en los sistemas de amplitudmodulada (AM).

Los amplificadores de Clase A, ya sea parapequea seal o la operacin de gran seal,tienen por objeto para amplificar la sealentrante de una manera lineal. Este tipo deamplificador evitara introducir distorsionessignificativas en la amplitud y la fase de laseal. Un amplificador lineal clase Aintroducir componentes de frecuencia debajos armnicos y baja distorsin deintermodulacin ( IMD ) . Un ejemplo dedistorsin de intermodulacin puede serdescrito en trminos de una onda portadorasuprimida de banda lateral doble, que serepresenta como

2 cos( + ) + 2 cos( )Donde es la frecuencia de la portadora dealta frecuencia y es la baja frecuencia de

modulacin. La distorsin deintermodulacin dara lugar a frecuencias en+ , la distorsin armnica causarageneracin de frecuencia en + ,n, La distorsin armnica por lo generalpuede ser filtrada, pero la intermodulacin(distorsin) es ms difcil de manejar debidoa que las frecuencias de distorsin estncerca. Un transistor que acta en el modo declase A permanece en su estado activodurante todo el ciclo completo de la seal.Dos ejemplos de la clase A emisor comnamplificadores se muestran en la Fig. 1. Laeficiencia mxima de este amplificador claseA dado en la en Fig. 1.1 (a), ha demostradoser 25%. Sin embargo, si una bobina de RF sepuede utilizar en el colector (Fig. 1.2 (b)), laeficiencia se puede aumentar a casi 50%.

Fig.. Amplificadores clase A con (a) resistencia encolector y (b) inductor en colector

Esto se puede demostrar mediante elreconociendo primero que no hay corrienteflujo Ac en la fuente de polarizacin. El flujode corriente total por el colector deltransistor es= . 1Y el voltaje total del colector es= . 2La corriente de reposo y la corriente desalida se muestran en la figura 2

Fig .. Magnitud de la corriente de salida y corriente dereposo de la clase A amplificador.

Cuando existe la presencia de carga seobtiene que

, = = . 3En este punto la tensin mxima de salida es

, = ,, == , . 4La potencia dada por la fuente es== . 5La potencia mxima suministrada a la cargase da por= ,2= 2 . 6Para una entrada de potencia de una seala alta frecuencia (RF), la eficiencia delamplificador se define como

= . 7Para amplificadores de alta ganancia, , la mxima eficiencia es Es importante tomar en cuenta que muchasveces los amplificadores de alta potencia no

tienen alta ganancia, por lo que la ecuacin 7resulta aplicable.

Figura 2.24. Eficiencia del amplificador de clase A de RFde potencia (con inductor chocke) como funcin de lasalida normalizada de la amplitud de la tensinamplificada por la de suministro

Amplificador RF con MOSFET

Figura 2.14 amplificador de potencia de clase A de RFcon un transformador de cuarto de longitud de ondautilizada en lugar de una bobina choque de RF.

Amplificador Clase BTipo de configuracin en la cual laamplificacin solo se da para mitad del cicloentrante, la otra mitad es amplificada porotro transistor, a estos circuitos se les llamacircuitos complementarios.Su pude ver (fig) que mientras que cadatransistor est operando claramente en unmodo no lineal, la onda de entrada total sereplica directamente en la salida. Por tanto,el amplificador clase B se clasifica como unamplificador lineal.

En este caso la corriente de polarizacin= 0. Dado que slo uno de los transistoresse corta cuando la tensin total es menorque 0 , slo la mitad positiva de la onda esamplificada. El Angulo de conduccin es de180. El trmino, amplificador clase AB, aveces se utiliza para describir el caso cuandola corriente de polarizacin de corrientecontinua es mucho menor que la amplitud dela seal180 < 360

Fig.. La forma de onda reconstituida de unamplificador clase B.

Amplificadores clase B complementarios(npn/pnp)Figura 9.4a muestra un tipo complementariode clase B amplificador. En este casotransistor est inactivo de manera que esen el modo activo cuando la tensin deentrada, V > 0.7 he inactivo cunadoV < 0.7. La otra mitad de la seal esamplificada por Q cuando < 0.7Cuando no hay seal de entrada presente,ninguna energa se extrae de la fuente depolarizacin a travs de los colectores de y

, por lo que la operacin de clase B esatractivo cuando el bajo consumo de energaes una importante consideracin.

Hay una pequea regin de la seal deentrada para las que ni , ni estencendida. La salida resultante ser por lotanto, sufrir alguna distorsin. El transistorQ1 NPN en el circuito de la clase B en la Fig.9.4a tiene su colector conectado a la fuentede alimentacin positiva y su emisorconectado a la carga , El colector deltransistor de salida PNP, , tiene su colectorconectado a la tensin de alimentacin

negativa , que a menudo es igual a ,y su emisor tambin conectado a lacarga . Las bases de y estnconectadas entre s y son impulsados por elcolector del transistor de entrada. Eltransistor de entrada, , tiene una fuente decorriente de polarizacin, que alimentar sucolector, que tambin proporciona la base de

.El voltaje de entrada la base deltransistor es lo que se reflejara en laetapa de salida.

Es necesario considerar que un pequeocambio en la tensin de base de serefleja en un granCambio en la tensin de colector de , esms fcil para iniciar el anlisis en la base de

. Esta tensin de base puede ser llamada.

Cuando = 0, tanto los transistores yde salida se apagan porque el tensin es

inferior a los 0,7 voltios necesarios paraactivar los transistores.Si > 0.7 , entonces (NPN) estactivado y (PNP) est apagado, por lotanto el transistor activo extrae energa delsuministro , para este caso a travs dese obtiene la semionda activo. El voltajepor consecuencia es negativo y lleva latensin aproximada de , una vez puestaslas tensiones positivas y negativas en losextremos de los transistores, se tendr unatensin mxima positiva de saturacin a lasalida igual a = ( )Y una mxima tensin negativa de saturacina la salida igual a= + ( )Normalmente el valor de ( ) 0.2 ,para transistores bipolaresEficiencia de los amplificadores clase BLa eficiencia mxima eficiencia de unamplificador clase B es encontrado por la

relacin de la potencia de salida entregada ala carga y la corriente continua que necesitade la tensin de polarizacin dada por elsuministro.La energa obtenida de las dos fuentes dealimentacin para las salidas de lostransistores es: = 2 = 2Por lo tanto la potencia de salida esproporcional y la potencia mediasuministrada a la carga es

= | |2La eficiencia de este amplificador se defineen trminos de estas dos potencias= 4La potencia de salida mxima se producecuando la tensin de salida es

( ) = 12 ( )Y por consecuencia la eficiencia mxima es

( ) = 4 ( ) 78.5%

Figura 2.24. Eficiencia del amplificador de clase A B deRF de potencia como funcin de la salida normalizadade la amplitud de la tensin amplificada por la desuministro

Amplificador Clase C

En esta clase de amplificadores el elementoactivo conduce un tiempo t1 t2 en cadaperiodo T = 2/o, de forma que elsemingulo de conduccin, definido como2 = o(t1 t2) sea inferior a /2. En el claseB = /2, mientras que = en el clase A.

Su esquema es similar al del clase A que semuestra en la figura 7.1 y que repetimos aqupara comodidad del lector, pero en este casoes imprescindible poner en paralelo con RLuncircuito LC sintonizado.

Fig.. amplificador clase C

Fig.. simulacin del Amplificador clase C

La tensin VBB es ahora negativa, de formaque el BJT slo entra en zona activa

alrededor del mximo de vi, cuando vi + VBB >0.7 V.

Fig.. graficas de Vcc, VBB respectivamente

La tensin VBB es ahora negativa, de formaque el BJT slo entra en zona activaalrededor del mximo de vi, cuando vi + VBB >0.7 V.Las tensiones vCE y vo tienen una formasinusoidal porque el filtro LC cortocircuitatodos los armnicos de iC(t) y slo deja lacomponente fundamental.La potencia entregada a la carga se describeen la ecuacin (1):= (1)El consumo de potencia (2), despreciando lapotencia empleada para polarizar el BJT, es:= (2)Donde == ( ) (3)El rendimiento mximo se obtiene cuandoVo toma la mxima amplitud posible, Vcc siaproximamos Vce,sat=0, y para eso se

VDC=12 VPart_5

Part_3

L=93 nHL1

L=93 nHL2

VDC=5 VVBB

Port_2

R=1 Rc1

R=1 Rc2

C=10 pFC2

C=10 pFC1

C=10 pFC3

ZO=50 Port_1

BW=0 MHzPH=0

VAC=25 VF=1 Hz

VDC=0 VVS1

Frequency (MHz)

S[1

,1](d

B)

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

Frequency (MHz)100 190 280 370 460 550 640 730 820 910 1000

Linear1_SINGLE S-Parameters

S[1,1]

requiiere que I1Rl=Vcc, en ese caso elrendimiento solo depende deAmplificador clase D.En este tipo de amplificador, los transistorestrabajan en conmutacin, teniedo ke pasarpor el estado de corte, al estado deconduccin, su esquema se muestra en lasiguiente grfica, la seal de entrada debeser cuadrada y suficiente para podercontrolar al transistor en sus dos estados

En este circuito la seal vx es cuadrada deamplitud VCC. El circuito LC est sintonizadoa la frecuencia fundamental de vin (lafrecuencia de trabajo) y tiene un Q elevado:a RL solo le llega la componente fundamentalde vx= ( ) (4)

Fig.. amplificador clase D

Adems, a esa frecuencia Zin = RL por lo quese describe la siguiente ecuacin (5):= = ( ) (5)

Fig.. graficas a la salida del circuito

La potencia entregada a la carga es

= , = ( ) (6)Y la potencia total disipada es la misma,porque en todo el circuito tan slo la cargadisipa potencia, as que el rendimiento es =100%.

Si los transistores no son ideales, en cuanto aque en conduccin no tienen resistencia nula(Ron 0)

La tensin se reduce a:= cos( ) (7)La potencia de salida seria:= ( ) (8)El rendimiento tambin se reduce:= = (9)Estos amplificadores no son lineales, soloproducen ganancia en corriente no enetencin, son tiles donde se aplican sealesconstantes de amplitud, como la modulacinPM, FM, o a seales digitales. En RF no

VDC=12 VPart_10

Q5

VDC=-12 VPart_1

Port_2L=10 nHL1

C=10 pFC1

R=1 R1

Port_1

Part_4

VPROBE=15 VFOSC=100000 GHz

OSCPORT_OSCPORT_1

suelen usarse mucho, ya que presentan granprdida en la conmutacin de lostransistores.

Amplificador clase E.Aunque el amplificador tipo D, presenta unaeficiencia del 100% en algunos casos, estdelimitado por las prdidas en lostransistores, lo correcto sera disear uncircuito que entregue el 100% en sueficiencia con prdidas mnimas en elelemento activoLa siguiente grafica muestra el circuito bsicode un amplificador de clase E:

Fig.. amplificador clase E

El circuito funciona mediante un solotransistor, con un factor de trabajo del 50%,la forma en la que este circuito podraobtener una eficiencia en operacin, consisteen la sincronizacin, entre el pulso de trabajodel transistor y cuando la seal se recortaantes de llegar al inductor dos, el capacitorpuede proveer la corriente necesaria hastaque el ciclo se repita.

Fig.. grafica correspondiente a la salida

Conclusiones

Bibliografa[1] Davis, W. Alan.Radio frequency circuitdesign.Primera Edicion. Wiley 2001. ISBN 0-471-35052-4.[2] Kazimierczuk, Marian.RF poweramplifiers. Segunda Edicion. Wiley 2015.ISBN 9781118844304.

[3] Fundamentals of RF and MicrowaveTransistor Ampliers.Primera Edicion. Wiley2009. SBN 978-0-470-39166-2

L=10 nHL2

Port_1

R=1 R2

Q3

VPROBE=15 VFOSC=100000 GHz

OSCPORT_OSCPORT_1

Port_2L=10 nHL1

C=10 pFC1

VDC=12 VVS1

R=1 R1

Frequency (MHz)

S[2

,1](d

B)

-280

-275

-270

-265

-260

-255

-250

-245

-240

-235

-230

Frequency (MHz)100 190 280 370 460 550 640 730 820 910 1000

Linear1_CE_CE S21

S[2,1]