Um amplificador de potência de radiofrequência (amplificador de potência de RF) é um tipo de amplificador eletrônico que converte um sinal de radiofrequência (RF) de baixa potência em um sinal de maior potência. Tipicamente, os amplificadores de potência de RF são usados no estágio final de um transmissor de rádio, com sua saída alimentando a antena. Os objetivos de projeto frequentemente incluem ganho, potência de saída, largura de banda, eficiência energética, linearidade (baixa compressão de sinal na saída nominal), casamento de impedância de entrada e saída, e dissipação de calor.
Classes de amplificadores
A operação dos circuitos amplificadores de RF é classificada com base na proporção do ciclo do sinal de rádio senoidal em que o amplificador (transistor ou válvula termiônica) está conduzindo corrente. As classes Classe A, classe AB e classe B são consideradas as classes de amplificadores lineares, nas quais o dispositivo ativo é usado como uma fonte de corrente controlada, enquanto a classe C é uma classe não linear na qual o dispositivo ativo é usado como um interruptor (chave). A polarização na entrada do dispositivo ativo determina a classe do amplificador. Uma relação de compromisso (trade-off) comum no projeto de amplificadores de potência é entre a eficiência e a linearidade. As classes mencionadas anteriormente tornam-se mais eficientes, porém menos lineares, na ordem em que estão listadas. Operar o dispositivo ativo como uma chave resulta em maior eficiência, teoricamente de até 100%, mas menor linearidade. Entre as classes de modo chaveado estão a classe D, a classe E e a classe F. O amplificador classe D não é frequentemente utilizado em aplicações de RF porque a velocidade de comutação finita dos dispositivos ativos e o possível armazenamento de carga na saturação poderiam levar a um grande produto I-V, o que deteriora a eficiência.
Amplificadores de estado sólido vs. a válvula Os amplificadores de potência de RF modernos usam dispositivos de estado sólido, predominantemente MOSFETs (transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor). Os primeiros amplificadores de RF baseados em MOSFET datam de meados da década de 1960. Os transistores de junção bipolar também eram comumente usados no passado, até serem substituídos por MOSFETs de potência, particularmente transistores LDMOS, como a tecnologia padrão para amplificadores de potência de RF na década de 1990, devido ao desempenho superior de RF dos transistores LDMOS. De modo geral, os amplificadores de potência de estado sólido (SSPA) contêm quatro componentes principais: entrada, saída, estágio de amplificação e fonte de alimentação. Os transistores MOSFET e outros dispositivos modernos de estado sólido substituíram as válvulas termiônicas na maioria dos dispositivos eletrônicos, mas as válvulas ainda são usadas em alguns transmissores de alta potência. Embora mecanicamente robustos, os transistores são eletricamente frágeis — eles são facilmente danificados por excesso de tensão ou corrente. As válvulas são mecanicamente frágeis, mas eletricamente robustas — elas podem suportar sobrecargas elétricas notavelmente altas sem danos apreciáveis.
Aplicações As aplicações básicas do amplificador de potência de RF incluem a excitação de outra fonte de alta potência, a alimentação de uma antena transmissora e a excitação de ressonadores de cavidade de micro-ondas. Entre essas aplicações, a alimentação de antenas transmissoras é a mais conhecida. Os transmissores-receptores são usados não apenas para comunicação de voz e dados, mas também para sensoriamento meteorológico (na forma de um radar)." Os amplificadores de potência de RF que utilizam LDMOS (MOSFET difundido lateralmente) são os dispositivos semicondutores de potência mais amplamente utilizados em redes de telecomunicações sem fio, particularmente em redes móveis. Os amplificadores de potência de RF baseados em LDMOS são amplamente utilizados em redes móveis digitais, como 2G, 3G, e 4G e a sua boa relação custo-benefício os torna a opção preferida para o radioamadorismo.
Projeto de amplificadores de banda larga Transformações de impedância sobre uma grande largura de banda são difíceis de realizar, por isso, convencionalmente, a maioria dos amplificadores de banda larga é projetada para alimentar uma carga de saída de 50 Ω. A potência de saída do transistor é então limitada a:
P
out
≤
(
V
br
−
V
k
)
2
8
Z
o
,
{\displaystyle P_{\text{out}}\leq {\frac {(V_{\text{br}}-V_{\text{k}})^{2}}{8Z_{\text{o}}}},}
onde:
V
br
{\displaystyle V_{\text{br}}}
é definida como a tensão de ruptura,
V
k
{\displaystyle V_{\text{k}}}
é definida como a tensão de joelho (knee voltage),
Z
o
{\displaystyle Z_{\text{o}}}
é escolhida de modo que a potência nominal possa ser atingida. A carga externa é, por convenção,
Z
L
= 50
Ω .
{\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}
Portanto, deve haver algum tipo de casamento de impedância que transforme de
Z
o
{\displaystyle Z_{\text{o}}}
para
Z
L
= 50
Ω .
{\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}
O método da linha de carga (loadline) é frequentemente usado no projeto de amplificadores de potência de RF.
Ver também Amplificador FET Eletrônica de potência
Referências
Ligações externas
Fuentes, Carlos (outubro de 2008). «Microwave Power Amplifier Fundamentals» (PDF). Bern, Suíça: CERN. Consultado em 5 de março de 2013 Khanifar, Ahmad (1 de dezembro de 2014). «Wideband RF Power Amplifier Design Guidelines / RF Power Amplifier Design for Digital Predistortion». linamptech.com. Laguna Hills, CA: Linamp Technologies, Inc. Consultado em 1 de dezembro de 2014
