sexta-feira, 4 de dezembro de 2009

Transmissão em SSB [Conclusão]

Amplificador Linear

Cabe ao amplificador linear a tarefa de fornecer potência ao sinal de SSB gerado pelo excitador de SSB. O amplificador linear tanto pode ser faixa-estreita quanto faixa-larga. A Figura 11 mostra o diagrama em blocos de um amplificador linear faixa-estreita.


Figura 11 - Amplificador linear de três estágios, faixa-estreita.


Os transistores ficam entre circuitos passa-faixa LC, responsáveis pela seletividade e o acoplamento entre os estágios.
O amplificador faixa estreita é apropriado para transmissores de freqüência fixa ou que operem numa faixa de freqüência estreita. Um amplificador é chamado de faixa-estreita se sua faixa de passagem é apenas uma fração de sua freqüência central, ou seja:

Amplificador faixa-estreita: BW/fo >>1.

Se a razão BW/fo for pouco inferior a 1 ou igualou maior que a unidade, então o amplificador será considerado de faixa-larga (Figura 12).




Devido ao uso do misturador, necessita-se de seletividade adequada para suprimir os sinais indesejáveis presentes em sua saída. Quanto maior a freqüência de transmissão, fr, e menor a freqüência intermediária, fi, maior é a seletividade necessária (Figura 13).




Por isso, deve-se escolher a freqüência central do filtro de faixa lateral de forma a reduzir os requisitos de seletividade. Isso é conseguido pela escolha de um filtro cuja freqüência central esteja entre 1,6 MHz e 9 MHz, quando se for transmitir em freqüências superiores a 10 MHz.
Para freqüências inferiores, os filtros de 455 kHz serão adequados.
Uma alternativa diferente, que contorna a necessidade do uso de filtros passa-faixa muito seletivos, é a utilização de duas conversões após a filtragem da faixa lateral (Figura 14).


Figura 14 - O uso de dupla conversão possibilita a obtenção de frequências elevadas a partir da FI de 455 KHz.


Os amplificadores utilizados para amplificar o sinal de SSB devem possuir boa linearidade para que não ocorram distorções que venham a prejudicar a qualidade do sinal e gerar intermodulação, o que poderia causar interferência sobre os canais vizinhos ao da freqüência irradiada. A Figura 15 ilustra a curva característica de transferência e as novas freqüências geradas pela intermodulação entre dois sinais de freqüências próximas.


Figura 15 - Gráficos que relacionam a geração de espúrios com a curva característica de transferência do amplificador.


O amplificador linear é o único que não gera nenhum espúrio. O amplificador que apresenta uma característica quadrática exibe um espectro onde aparecem produtos de intermodulação de 2ª ordem, ou seja, f2 ± f1.
Como esses sinais estão bastante afastados, em freqüência, dos sinais originais, os filtros LC conseguem suprimi-los com relativa facilidade.
Já o amplificador que apresenta uma região cúbica em sua característica de transferência, além de gerar produtos de intermodulação de 2ª ordem como no amplificador quadrático, também gera produtos de intermodulação de 3ª ordem, ou seja, 2f2 - f1 e 2f1 - f2. Esses sinais estão muito próximos em freqüência dos sinais originais, para que possam ser eliminados pelos filtros LC, e causam interferência prejudicial em canais de RF adjacentes ao canal utilizado. Por isso, todo o cuidado deve ser dedicado ao projeto de amplificadores lineares para SSB no sentido de obter-se o máximo de linearidade.
A distorção em amplificadores transistorizados é causada principalmente pela relação não-linear entre a tensão base-emissor e a corrente de coletor. Como a relação entre a corrente de coletor e a corrente de base é bem mais linear que a outra característica, o amplificador excitado em corrente apresenta uma distorção muito menor que o excitado em tensão (Figura 16).




Contudo, se a junção base-emissor receber uma polarização adequada, de tal maneira que o transistor opere sempre na região além do "joelho" da curva, a distorção resultante será bastante reduzida. O circuito que fornece essa tensão de polarização deve possuir baixa resistência interna. Isso é necessário porque o transistor de potência pode necessitar de correntes de base da ordem de centenas de miliampères durante o pico de excitação, contra apenas alguns miliampères no estado de repouso. Além disso, o circuito deve ser sensível à temperatura, para evitar a avalanche térmica do transistor de potência, o que é conseguido pelo emprego de termistores, diodos ou transistores, como sensores de temperatura.
Os cuidados com relação ao aquecimento devem ser os mesmos dedicados aos amplificadores de potência de áudio. Quanto à temperatura, os transistores de potência de RF devem trabalhar mais frios, para que possam melhor suportar um eventual descasamento de impedância com a antena. Daí a necessidade de usar dissipadores de calor de dimensões avantajadas. A Figura 17 mostra um circuito típico de polarização classe AB, muito utilizado em amplificadores lineares.


Figura 17 - Circuito de polarização regulada compensada em temperatura.


É aproveitada a baixa resistência dinâmica de um diodo diretamente polarizado para se obter uma tensão de polarização entre base-emissor praticamente independente da corrente de base.
R3 deve ser capaz de permitir a circulação de uma corrente igual ao valor próximo de IB no pico da modulação. C1 permite uma melhor regulação dinâmica, fornecendo corrente durante surtos momentâneos de demanda. R2 é ajustado para que a corrente de repouso de coletor seja apenas suficiente para evitar distorção excessiva em baixos níveis de potência. XRF1 serve para isolar (para RF) a base, de C1. R1 juntamente com R2 e a resistência ôhmica do choque, atua como um divisor de tensão. A tensão VBE fica em tomo de 0,55 V e a corrente de repouso de coletor por volta de 5% da corrente máxima, o que ocorre somente durante os picos de modulação.
Para se reduzir a distorção em amplificadores lineares também pode ser empregada a realimentação negativa. Como o uso da realimentação negativa alarga a curva de resposta em freqüência, seu uso é indicado em amplificadores faixa-larga.
A Figura 18 mostra o diagrama dos primeiros dois estágios de um amplificador linear cuja potência final é de 20 WPEP.


Figura 18 - Pré-amplificador de RF de dois estágios.


É utilizada realimentação negativa para reduzir a distorção e uniformizar o desempenho do circuito, permitindo um bom controle do ganho obtido em cada estágio. Os resistores Re fornecem realimentação negativa de tensão, enquanto os resistores RE fornecem realimentação negativa de corrente. Os transformadores T1 e T2 casam a impedância entre coletor e base. Os capacitores de 100 pF em paralelo com T1 e T2 sintonizam os mesmos na freqüência central de operação. A largura de faixa excede 1 MHz.
Apesar de ambos os tipos de realimentação reduzirem tanto o ganho quanto a distorção do estágio, seus efeitos sobre as impedâncias de terminação são diversos. RF diminui as impedâncias de entrada e de saída. RE eleva-as (Tabela 1).


Tabela 1


Os capacitores C6 e C10 sintonizam L3 e L5 para a freqüência desejada. Os demais capacitores devem apresentar uma baixa reatância capacitiva para a freqüência do sinal amplificado.


Figura 19 - Desenho simplificado do amplificador com dupla realimentação


Se for desejada a operação em faixa-larga, os capacitores C6 e C10 deverão ser omitidos e os indutores L3, L4 e L5, L6 trocados por transformadores bifilares toroidais de relação de impedâncias 4 : 1 (N = 2 : 1). A Figura 20 mostra a curva de resposta que pode ser obtida, e a Figura 21, o circuito simplificado.


Figura 20 - Curva de resposta de um estágio faixa-larga utilizando degeneração série-paralela.


Figura 21 - Circuito simplificado de um estágio amplificador faixa-larga.


A curva de resposta exibe um corte em baixa freqüência devido à queda de reatância do transformador. Em alta freqüência o corte deve-se principalmente às características do transistor.
Para a curva mostrada o transistor deve ter uma fT de 500 MHz.
A Figura 22 mostra o excitador e o amplificador de potência linear de um transmissor de SSB de 20 W. É utilizada realimentação negativa paralela no estágio excitador e a polarização de base é suprida da forma mostrada na Figura 17. O casamento de impedâncias entre Q1 e Q2 é proporcionado pelo capacitor C6. O indutor L1 sintoniza o coletor de Q1 na freqüência central de transmissão.


Figura 22 - Excitador e amplificador de potência linear classe AB de 20W PEP de saída.


O amplificador de potência Q2 é polarizado em classe AB, da mesma maneira que o estágio excitador. A associação de R8 e C8 ajuda a prevenir oscilações indesejáveis. O capacitor C9 tem a mesma finalidade. L2 sintoniza o coletor de Q2 e a rede formada por C10, L3 e C13 casam a impedância. A rede formada por C14 e L4 atua abaixo da freqüência de ressonância série, que é de 12,1 MHz. Sua finalidade é permitir a sintonia exata do amplificador de potência através do ajuste de L4. Todos os componentes entre L5 e o conector de antena atuam como filtro de harmônicos, sendo que L7 e C17 devem estar sintonizados na freqüência do segundo harmônico, ou seja, 14,4 MHz. O resistor R9 serve para descarregar a eletricidade estática acumulada na linha de transmissão que conecta o transmissor à antena, durante tempestades elétricas.
Os valores em ohms indicado dentro das elipses, no circuito da Figura 22, correspondem às impedâncias nos pontos assinalados. O mesmo é verdadeiro para os valores de potência.
Os choques de 47 µH são microchoques de ferrite, da SONTAG, assim como as formas, ferrites e canecas de blindagens dos indutores de ferrite utilizados nos circuitos das Figuras 10, 18 e 22.
Um transmissor completo de SSB para a faixa de 7,2 MHz pode ser obtido pela conexão dos circuitos das Figuras 10, 18 e 22.

Fonte:
Telecomunicações
Juarez do Nascimento
Makron Books

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