Connaissez-vous les bases des amplificateurs de puissance?

Avec autant d'attention sur IBOC, il convient de prendre du recul et de revoir les principes de base des amplificateurs RF.

L'émetteur radio est une collection d'étapes. Chaque étage modifie le signal d'une certaine manière pour produire la sortie souhaitée. Dans la première étape, un oscillateur ou excitateur génère la fréquence de fonctionnement souhaitée. La sortie de cette section est ensuite élevée à la valeur de sortie de l'émetteur spécifiée. Cette augmentation de puissance peut se faire au moyen d'étages d'amplification successivement plus grands ou dans certains cas, lorsque la sortie de l'excitatrice est suffisante, directement vers l'amplificateur de puissance final (PA) de l'émetteur.

Le signal RF transmis doit porter certaines informations. En radiodiffusion, les informations transmises prennent la forme de discours ou de musique et sont appelées modulation. Avec la modulation d'amplitude (AM), la porteuse RF varie en intensité (amplitude) à un taux dépendant de la fréquence du son.

Figure 1. Dans un amplificateur de classe A, aucun courant de réseau ne circule jusqu'à ce que la grille devienne positive. Le fonctionnement non linéaire se produit lorsque le courant du réseau cesse de suivre le courant de la plaque.

Peu importe où la modulation de la porteuse a lieu, il est essentiel que l'étage d'amplification produise un signal propre, amplifié linéairement.


Depuis le début

Les premiers émetteurs utilisaient la modulation d'amplitude et cela a continué sous une forme ou une autre pendant environ 100 ans. C'est probablement la méthode de modulation la plus simple, ne nécessitant que la possibilité de faire varier la puissance de sortie d'un étage RF en faisant varier le signal audio d'entrée.

Dans les 1930, la modulation de fréquence (FM) a été développée. Il est accompli en faisant varier la fréquence du signal RF transmis au lieu de l'amplitude. Diverses méthodes de production de modulation de fréquence ont été développées, y compris des systèmes mécaniques et à changement de phase courants. La modulation de phase produit le même effet dans un récepteur FM que la modulation de fréquence.

L'étage final de l'émetteur peut être directement modulé (en AM), ou il reçoit un signal RF déjà modulé (FM). De nombreux émetteurs de diffusion modernes utilisent des modules à semi-conducteurs dans leurs étages d'amplificateurs de puissance, mais il existe encore un nombre considérable d'émetteurs qui continuent d'utiliser des tubes à vide dans leurs étages finaux. Les dispositifs à semi-conducteurs permettent une réduction considérable des coûts d'exploitation et leur utilisation permet, dans la plupart des cas, de changer un module défectueux sur un émetteur en fonctionnement sans avoir à arrêter.


Connaître les A, B, C

La caractéristique la plus importante d'un amplificateur est la linéarité. C'est la capacité de la scène d'amplifier toutes les parties de la même quantité de sorte que tous les signaux soient amplifiés de manière égale.

Dans un amplificateur de classe A, le courant circule constamment et n'est coupé pendant aucune partie du cycle. Dans une conception de tube, ceci est réalisé en fournissant une tension de polarisation négative suffisante à la grille de contrôle pour garantir qu'elle ne passe jamais positive au-dessus de 0V à tout moment du cycle.

Cela signifie qu'aucun courant de réseau ne circule et que la source n'est pas requise pour produire de la puissance d'entraînement. Par exemple, si le signal d'entrée a une oscillation 30V et la polarisation est -30V, la tension du réseau oscillerait entre -60V et 0V et aucun courant de plaque ne circulerait.

Figure 2. Lorsqu'un amplificateur de classe B est fortement coupé, les pics positifs provoquent un courant de réseau et un courant de plaque dans une série d'impulsions demi-onde.

Étant donné que les amplificateurs de classe A sont intrinsèquement inefficaces en termes de tension et de courant requis, ils ne sont généralement pas utilisés aujourd'hui dans les émetteurs de radiodiffusion commerciaux. Au lieu de cela, les amplificateurs de classe B et de classe C sont courants ou des variations des circuits de classe B et de classe C, comme un amplificateur de classe AB.

Avec l'introduction des systèmes de modulation de durée d'impulsion et de fonctionnement numérique, les amplificateurs ont considérablement changé, mais les faits de base s'appliquent toujours.

Les principes d'amplification restent les mêmes, qu'il s'agisse d'un tube ou d'un amplificateur à semi-conducteurs. En raison de la prolifération d'émetteurs de forte puissance utilisant toujours des tubes, tenez compte des caractéristiques de contrôle d'un amplificateur à tube à vide.

La figure 1 montre les caractéristiques dynamiques d'un amplificateur à tube triode. La ligne continue représente le courant de plaque. L'intersection de cette ligne et de l'axe de tension de réseau négatif montre le point de coupure auquel le tube est si fortement polarisé négativement qu'aucun courant de plaque ne circule. Lorsque la polarisation négative diminue et passe par zéro dans la région positive, le courant de plaque augmente. Plus le courant de plaque augmente fortement lorsque la tension du réseau devient positive, plus la transconductance du tube est élevée. Ceci contrôle le facteur d'amplification. Lorsque la tension RF superposée est appliquée à la grille de commande, la polarisation devient plus négative sur les pics négatifs et moins négative sur les pics positifs. Cependant, le réseau ne deviendra jamais positif de sorte qu'aucun courant de réseau ne circulera.

Différences d'options

La principale différence entre les différentes classes d'amplificateurs dans les conceptions de tubes est le niveau de tension appliqué à la grille de commande de l'amplificateur de puissance. En classe A, parce que le courant de la plaque n'est jamais complètement coupé, le rendement d'un amplificateur de classe A est faible, environ 30 pour cent, tout comme la puissance de sortie. Le fonctionnement de classe AB est obtenu en permettant à une petite quantité de courant de réseau de circuler selon les besoins.

En fonctionnement de classe B, la polarisation de la grille de commande est augmentée de sorte que le courant de plaque est juste à la coupure. La partie positive du signal appliqué fera circuler immédiatement le courant de la plaque. Peu importe à quel point la grille est négative, le courant de plaque ne circulera jamais. Ce type de fonctionnement nécessite une tension de signal suffisante pour alimenter le réseau en positif. Le courant de plaque de pointe est augmenté et parfois le courant de plaque moyen utilise deux tubes en mode push-pull. La figure 2 montre les caractéristiques de fonctionnement. La sortie est une série de demi-ondes avec une efficacité d'environ 65 pour cent.

Le fonctionnement en classe C est similaire, sauf que la grille de contrôle est biaisée bien au-delà de la coupure. Le courant de plaque ne circule qu'avec une excitation élevée et peut atteindre la saturation. L'efficacité est élevée, autour de 90 pour cent. Cependant, la forme d'onde peut être gravement déformée en fonctionnement de classe B et C. Pour cette raison, l'impédance de charge correcte doit contenir un composant résistif pour développer la puissance requise. Il s'agit généralement de la résistance d'entrée de la ligne de transmission.

Si vous êtes intéressé par un amplificateur de puissance et un équipement émetteur FM / TV, n'hésitez pas à nous contacter:[email protected] .

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