Amplificatori di potenza Switching – Mode
L’amplificatore di potenza è uno stadio fondamentale del front-end del trasmettitore per permettere al segnale di essere ricevuto e decodificato. Il progetto del PAs, specialmente per gli aspetti riguardanti la linearità e la bassa tensione di funzionamento, può essere piuttosto difficoltoso. In pratica, si cerca di ottimizzare il progetto per tentativi (trial and error).
Gli amplificatori si differenziano per classi di funzionamento (A-F) che differiscono per il metodo di funzionamento, l’efficienza, il livello del segnale d’ingresso, l’angolo di conduzione e il fattore di utilizzazione del transistor; quest’ultima si definisce come potenza d’uscita per transistor normalizzata rispetto alla tensione e corrente di drain di picco, rispettivamente pari a 1 V e 1 A.
Fig 18.3: Classi di funzionamento degli amplificatori di potenza.
La topologia base single-ended è costituita da un dispositivo attivo, una alimentazione in corrente continua, un filtro e una rete d’adattamento d’uscita come in fig. 19.3.
Fig.19.3: Topologia di base per un PA single-ended.
I dispositivi utilizzati coprono un’ampia varietà, tra cui BJTs, MOSFETs, JFETs, GaAs MESFETs, HEMTs, pHEMTs e tubi a valvola. Il range della potenza d’uscita varia da centinaia di milliwat per InP HEMTs per applicazioni alle onde millimetriche, a centinaia di watt per Si MOSFETs impiegati alle HF (3-30 MHz) e VHF (30-300 MHz) , fino a decine di chilowatt per i tubi a valvola. Generalmente, si utilizzano dispositivi di tipo n-p-n o a canale n perché, la più alta mobilità degli elettroni rispetto alle lacune, produce un funzionamento migliore a frequenze via via crescenti (10).
Considerando il comportamento reale del dispositivo attivo e degli altri componenti, il PA è soggetto agli effetti della tensione di saturazione, alla tolleranza dei componenti reattivi, al tempo di commutazione non nullo ecc. che ne riducono l’efficienza rispetto al caso ideale.
In questo capitolo, ci si propone lo studio di amplificatori molto efficienti noti come swicthing-mode amplifiers operanti in classe D, E ed F, in cui il prodotto tra i valori medi di tensione e corrente di drain è minimizzato facendo lavorare il dispositivo attivo come interruttore piuttosto che come generatore di corrente, in modo che la potenza dissipata dal transistor tenda idealmente ad annullarsi. Per molti anni, questa topologia è stata impiegata per realizzare convertitori dc/dc, in quanto la tecnologia non permetteva di ottenere alte velocità di commutazione del transistor per applicazioni ad alta frequenza. Ora ciò è reso possibile impiegando dispositivi realizzati con tecnologie che permettono di lavorare a frequenze più alte di quelle di impiego.
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