UERJ - Circuitos de Comunicação Prof. Gil Pinheiro
Amplificadores para sinais
de pequena potência em RF
Gil Pinheiro
UERJ-FEN-DETEL
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Amplificadores de sinal
Tipologia: Notas de estudo
2018
1 / 122
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Amplificadores para sinais
de pequena potência em RF
Gil Pinheiro
UERJ-FEN-DETEL
Amplificadores para sinais de pequena
potência em RF
Objetivo: Amplificação seletiva de sinais de RF de baixa potênciacom boa relação sinal/ruído
V
CC
Z
g
Amplificador
de sinal de
RF
Z
L
v
g
Potência de Entrada:
P
i
= (V
i ef
2
.Re[Y
e
]
Potência de Saída:
P
o
= (V
s ef
2
·Re[Y
L
]
Ganho de Potência:
G
p
= P
o
/P
i
v
o
Amplificador de sinal de RF
Z
g
Z
L
v
g
Y
i
Y
o
i
scc
v
i
Modelo Y
Conceito de Ganho de Potência
Potência de Entrada:
P
i
= (V
i ef
2
/Re[h
i
]
Potência de Saída:
P
o
= (V
o ef
2
/Re[Z
L
]
Ganho de Potência:
G
p
= P
o
/P
i
v
o
Amplificador de sinal de RF
Z
g
Z
L
v
g
h
i
h
o
v
i
Modelo h
Conceito de Ganho de Potência
i
scc
Ganho de potência de transdução de um
amplificador
Potência disponível de entrada:
p
ed
= (v
g ef
2
/4Re[Z
g
]
Potência de saída:
p
s
= (i
s ef
2
·Re[Z
L
]
Ganho de potência de transdução:
G
pt
= p
s
/p
ed
Para um dado amplificador (Z
e
e Z
s
conhecidos), G
Pt
é função de Z
g
e Z
L
Z
g
Amplificador de sinal de RF
Z
L
v
g
Z
e
Z
s
v
so
i
s
v
g
20·v
e
v
e
v
s
Exemplo de cálculo de ganho
A
V
= v
s
/v
e
= 20·75/(300+75) = 4 = 20·log(4) [dB] = 12,04 dB
p
e
= (v
e ef
2
p
s
= 75·[20·v
e ef
/(300+75)]
2
p
ed
= (v
g ef
2
p
sd
= (20·v
e ef
2
v
e
= v
g
G
p
= p
s
/p
e
= 10,67 = 10·log(10,67) [dB] = 10,28 dB
G
pd
= p
sd
/p
ed
= 16 = 10·log(16) [dB] = 12,04 dB
G
pt
= p
s
/p
ed
= 10,24 = 10·log(10,24) [dB] = 10,10 dB
Para conseguir a máxima transferência de potência
Amplificador de sinal de RF
Z
L
Z
g
v
g
Z
e
Z
s
v
so
Rede de
adaptação
de
impedância
Z
e rede
= Z
g
Rede de
adaptação de entrada
Z
e
Z
e rede
Z
s
Z
L
Rede de
adaptação
de saída
Rede de
adaptação
de
impedância
Exemplo de cálculo de ganho com redes de
casamento de impedâncias
v
e
= 0,5·v
g
v
e
1/
·v
e
v
s
’ = 0,5·20·v
e
v
s
1/
·v
s
A
V
= v
s
/v
e
1/
1/
= 4,08 = 20·log(4,08) [dB] = 12,21 dB
p
e
= p
ed
= (v
g ef
2
p
s
= p
sd
= (20·v
e
ef
2
v
e
1/
·0,5·v
g
G
p
= G
pd
= G
pt
= p
s
/p
e
= 16,67 = 10·log(16,67) [dB] = 12,21 dB
(coincide neste caso particular com A
V
, por ser R
g
=
R
L
)
1/
1/
v
g
20·v
e
v
e
v
s
v
e
v
s
Como medir o grau de casamento de impedâncias
Coeficientes de reflexão:Na entrada:
e
= (Z
e
– Z
o
)/(Z
e
+ Z
o
Z
o
impedância de referência)
Na saída:
s
= (Z
s
– Z
o
)/(Z
s
+ Z
o
Z
o
impedância de referência)
Relação de Ondas Estacionárias (ROE, SWR):Na entrada:
ROE
e
e
e
Na saída:
ROE
s
s
s
Perdas de potência por descasamento PL:Na entrada:
PL
e
= -10·log[1 -
(Z
e
– Z
g
*)/(Z
e
+ Z
g
2
]
Na saída:
PL
s
= -10·log[1 -
(Z
s
– Z
L
*)/(Z
s
+ Z
L
2
]
Calculando o grau de casamento de impedâncias noexemplo anterior
e
= (Z
e
– Z
o
)/(Z
e
+ Z
o
s
= (Z
s
– Z
o
)/(Z
s
+ Z
o
ROE
e
e
e
ROE
s
s
s
PL
e
= -10·log[1 -
(Z
e
– Z
g
*)/(Z
e
+ Z
g
2
] = ??? dB
PL
s
= -10·log[1 -
(Z
s
– Z
L
*)/(Z
s
+ Z
L
2
] = ??? dB
v
g
50·v
e
v
e
v
s
Z
o
= R
o
0,1f
C
f
C
10f
C
Atenuação (Rede Banda Larga)
0,1f
C
f
C
10f
C
Atenuação (Rede Banda Estreita)
0
A
i
A
i
-3dB
0
A
i
A
i
-3dB
Redes não dissipativas de
casamento de impedâncias
A
i
= Perda de inserção da rede (em dB)
f
c
= Freqüência central da rede (em Hz)
BW = Banda passante da rede (em Hz)
Parâmetros da Rede
BW
BW
n·v
1
n·i
2
v
1
i
2
v
2
i
1
1:n
v
1
v
2
i
2
i
1
Teoria do Transformador Ideal
v
2
= v
1
·n
i
2
= i
1
/n
p
1
= v
1
·i
1
= v
2
·i
2
= p
2
v
2
= v
1
·n
i
2
= i
1
/n
v
2
= R
2
·i
2
Então:
R
1
= v
1
/i
1
R
1
= v
2
/(i
2
·n
2
) = R
2
/n
2
1:n
v
1
v
2
i
2
i
1
R
2
v
1
R
1
= R
2
/n
2
R
1
Há um zero em zero e umpólo em f
C
= R
2
L
m
Então: Z
1
(s) = 1/[n
2
/R
2
+ 1/(L
m
·s)]
Z
1
(s), Y
1
(s)
i
m
L
m
1:n
v
1
v
2
i
2
i
1
n·i
2
R
2
Chamando
R
2
’ = R
2
/n
2
, obtemos:
Z
1
(s) = R
2
’·L
m
·s/(R
2
’ + L
m
·s)
Z
1
(j
ωωωω
) = j
ωωωω
·R
2
’·L
m
·/(R
2
’ + j
ωωωω
·L
m
0,1f
C
f
C
10f
C
R
2
’
R
2
’/
R
2
’/
Z
1
(j
ωωωω
)
[
]
f
C
0,7R
2
’
Primeira aproximação ao comportamento real:
indutância e corrente de magnetização
Segunda aproximação ao comportamento real:
indutâncias de magnetização e de dispersão
Modelos que consideram que o acoplamento entre
primário e secundário não é perfeito
1:n
v
1
v
2
i
2
i
1
n·i
2
i
m
L
m
L
d
L
d
Modelo “T”
1:n
v
1
v
2
i
2
i
1
n·i
2
i
m
L
m
L
d
i
m
L
m
Modelo “
ππππ