Amplificadores RF de potencia

Apuntes SEC. UIB

7. Amplificadores RF de potencia
7.1 Introducción
El amplificador de potencia (PA) es la última etapa del emisor. Tiene la misión de amplificar la potencia
de la señal (no necesariamente la tensión) y transmitirla a la antena con la máxima eficiencia. En eso se
parecen a los amplificadores de baja frecuencia, pero aquí la distorsión o falta de linealidad puede no serimportante.
A continuación se mencionan algunas características de un PA para equipos de comunicaciones móviles
y sus valores típicos
Potencia de salida, so
+20 a +30 dBm
Eficiencia, η
30% a 60%
Ganancia, GP
20 a 30 dB
Distorsión, IMR
–30 dB (*)
Control de potencia
ON – OFF
(*) Para cada armónico se define IMR = so(armónico)/so(útil) cuando la entrada es la suma de dos tonos
con el mismonivel, aquel que hace so(útil) = so, max – 6 dB
Clasificación de los amplificadores de potencia
Los amplificadores de potencia tradicionales emplean dispositivos activos (BJT o MOSFET) que se
comportan como fuentes de corriente controladas por tensión. Estos se clasifican atendiendo a la fracción
del periodo de la señal en que los dispositivos permanecen en conducción. Si la entrada es unafunción
sinusoidal, su argumento se incrementa 360º a cada periodo de señal. La fracción del periodo en que los
dispositivos conducen se mide por el semiángulo de conducción, θ, que está comprendido entre 0 y 180º.
Se definen tres clases:
Clase A θ = 180º (conducen siempre)
Clase B θ = 90º (conducen medio periodo)
Clase C θ < 90º (conducen menos de medio periodo)
Cuanto menor es θ mayor es laeficiencia pero menor es la linealidad.
Existe otro tipo de amplificadores de potencia donde los dispositivos funcionan en conmutación. Actúan
como interruptores que pasan alternativamente de corte a conducción. La eficiencia es teóricamente del
100% puesto que un interruptor ideal no consume potencia en ninguno de los dos estados: en corte i = 0 y
en conducción v = 0. En la práctica laeficiencia se reduce porque hay pérdidas de potencia durante el
transitorio de conmutación. Por eso se han ideado diferentes esquemas que minimizan estas pérdidas.
Estos amplificadores reciben distintos nombres (clase D, E, F,…) a partir del momento en que se les
reconoce su innovación respecto a los existentes.

7.2 Clase A
En este tipo de amplificador el elemento activo está siempre en zonaactiva si es un BJT, o en saturación
si se trata de un MOSFET. De todos es el que produce menos distorsión, pero también el que tiene menor
rendimiento.
Su esquema es similar al de un amplificador de pequeña señal. De las configuraciones básicas se elige la
EC (SC si es con MOSFET) porque tiene mayor ganancia en potencia. El circuito con BJT se muestra en

7.1

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la figura7.1. La única diferencia respecto al EC básico es que se ha sustituido la resistencia de colector
por una inductancia de gran valor para mejorar el rendimiento.
VCC
L∞
C∞
vi

C∞
vi
RL
RB
VBB

+
vo
–

RB

rπ

(a)

+
v gmv
–

RL

+
vo
–

(b)

Fig. 7.1 (a) Esquema de un amplificador clase A con BJT. (b) Circuito equivalente en pequeña señal
En RF los valores de RLestán normalizados para una aplicación determinada, los más frecuentes son 50,
75 y 300 Ω, aunque en frecuencias altas se usa generalmente 50 Ω. Cuando se trata de amplificar señales
de RF de banda estrecha se suele poner en paralelo con RL un circuito LC sintonizado, pero en el clase A
no es imprescindible.
En reposo la tensión sobre la inductancia es nula por lo que VCEQ = VCC. Pero lainductancia mantiene una
corriente constante ICQ, es decir que para c.a. se comporta como un circuito abierto. La corriente y la
tensión en el transistor se muestran en la figura 7.2 para una tensión de entrada sinusoidal.
iC
ICQ
ωot
vCE
VCC
ωot
Fig. 7.2 Tensiones de entrada y salida en el amplificador clase A.
Los márgenes de variación de vo, aproximando VCE,sat = 0, son
(saturación)...