Banco de prueba de voltaje del amplificador de potencia RF FMUSER para el amplificador de potencia del transmisor AM (PA) y la prueba del amplificador de búfer

Prueba de placa de amplificador de potencia de RF | Solución de puesta en marcha AM de FMUSER

 

Los amplificadores de potencia de RF y los amplificadores de búfer son las partes más importantes de los transmisores de AM y siempre juegan un papel clave en el diseño inicial, la entrega y el mantenimiento posterior.

 

Estos componentes básicos permiten la correcta transmisión de señales de RF. Dependiendo del nivel de potencia y la fuerza requerida por el receptor para identificar y decodificar la señal, cualquier daño puede dejar a los transmisores de transmisión con distorsión de señal, consumo de energía reducido y más.

 

 

Para la posterior revisión y mantenimiento de los componentes centrales de los transmisores de radiodifusión, es esencial contar con algunos equipos de prueba importantes. La solución de medición de RF de FMUSER lo ayuda a verificar su diseño a través de un rendimiento de medición de RF sin precedentes.

 

¿Cómo funciona?

 

Se utiliza principalmente para realizar pruebas cuando la placa amplificadora de potencia y la placa amplificadora de búfer del transmisor AM no se pueden confirmar después de la reparación.

 

 

Caracteristicas

 

• La fuente de alimentación del banco de pruebas es AC220V y el panel tiene un interruptor de alimentación. La fuente de alimentación conmutada incorporada proporciona -5v, 40v y 30v generados internamente.
• Hay interfaces Q9 de prueba de salida de búfer en la parte superior del banco de pruebas: J1 y J2, interfaces Q9 de prueba de salida del amplificador de potencia: J1 y J2, e indicador de voltaje del amplificador de potencia (59C23). J1 y J2 están conectados al osciloscopio de doble integración.
• El lado izquierdo de la parte inferior del banco de pruebas es la posición de prueba de amplificación del búfer, y el lado derecho es la prueba de la placa del amplificador de potencia.

 

Instrucciones

 

• J1: prueba el interruptor de encendido
• S1: interruptor selector de prueba de la placa del amplificador y de la placa del búfer
• S3/S4: prueba de la placa del amplificador de potencia, selección de encendido o apagado de la señal de encendido izquierda y derecha.

 

Amplificador de potencia RF: ¿Qué es y cómo funciona?

 

En el campo de la radio, un amplificador de potencia de RF (RF PA) o amplificador de potencia de radiofrecuencia es un dispositivo electrónico común que se utiliza para amplificar y generar contenido de entrada, que a menudo se expresa como voltaje o potencia, mientras que la función del amplificador de potencia de RF es elevar las cosas que "absorbe" hasta cierto nivel y "las exporta al mundo exterior".

 

¿Cómo funciona?

 

Por lo general, el amplificador de potencia de RF está integrado en el transmisor en forma de placa de circuito. Por supuesto, el amplificador de potencia de RF también puede ser un dispositivo separado conectado a la salida del transmisor de salida de baja potencia a través de un cable coaxial. Debido al espacio limitado, si está interesado, bienvenido Deje un comentario y lo actualizaré algún día en el futuro :).

 

La importancia del amplificador de potencia de RF es obtener una potencia de salida de RF suficientemente grande. Esto se debe a que, en primer lugar, en el circuito frontal del transmisor, después de que la señal de audio ingrese desde el dispositivo fuente de audio a través de la línea de datos, se convertirá en una señal de RF muy débil a través de la modulación, pero estos débiles las señales no son suficientes para cumplir con la cobertura de transmisión a gran escala. Por lo tanto, estas señales moduladas por RF pasan por una serie de amplificaciones (etapa de búfer, etapa de amplificación intermedia, etapa de amplificación de potencia final) a través del amplificador de potencia de RF hasta que se amplifica a la potencia suficiente y luego pasa a través de la red de adaptación. Finalmente, puede alimentarse a la antena y radiarse.

 

Para la operación del receptor, el transceptor o la unidad transmisora-receptora puede tener un interruptor de transmisión/recepción (T/R) interno o externo. El trabajo del interruptor T/R es cambiar la antena al transmisor o receptor según sea necesario.

 

¿Cuál es la estructura básica de un amplificador de potencia de RF?

 

Los principales indicadores técnicos de los amplificadores de potencia de RF son la potencia de salida y la eficiencia. Cómo mejorar la potencia de salida y la eficiencia es el núcleo de los objetivos de diseño de los amplificadores de potencia de RF.

 

El amplificador de potencia de RF tiene una frecuencia operativa específica y la frecuencia operativa seleccionada debe estar dentro de su rango de frecuencia. Para una frecuencia operativa de 150 megahercios (MHz), sería adecuado un amplificador de potencia de RF en el rango de 145 a 155 MHz. Un amplificador de potencia de RF con un rango de frecuencia de 165 a 175 MHz no podrá operar a 150 MHz.

 

Por lo general, en el amplificador de potencia de RF, el circuito resonante LC puede seleccionar la frecuencia fundamental o un determinado armónico para lograr una amplificación sin distorsiones. Además de esto, los componentes armónicos en la salida deben ser lo más pequeños posible para evitar interferencias con otros canales.

 

Los circuitos amplificadores de potencia de RF pueden usar transistores o circuitos integrados para generar amplificación. En el diseño del amplificador de potencia de RF, el objetivo es tener suficiente amplificación para producir la potencia de salida deseada, al mismo tiempo que se permite una pequeña discrepancia temporal entre el transmisor y el alimentador de la antena y la propia antena. La impedancia del alimentador de antena y la propia antena suele ser de 50 ohmios.

 

Idealmente, la combinación de antena y línea de alimentación presentará una impedancia puramente resistiva en la frecuencia de operación.

¿Por qué es necesario un amplificador de potencia de RF?

 

Como parte principal del sistema de transmisión, la importancia del amplificador de potencia de RF es evidente. Todos sabemos que un transmisor de radiodifusión profesional a menudo incluye las siguientes partes:

 

1. Carcasa rígida: generalmente de aleación de aluminio, cuanto mayor sea el precio.
2. Placa de entrada de audio: se utiliza principalmente para obtener la entrada de señal de la fuente de audio y conectar el transmisor y la fuente de audio mediante un cable de audio (como XLR, 3.45 MM, etc.). La placa de entrada de audio generalmente se coloca en el panel posterior del transmisor y es un paralelepípedo rectangular con una relación de aspecto de aproximadamente 4:1.
3. Fuente de alimentación: se utiliza para la fuente de alimentación. Los diferentes países tienen diferentes estándares de suministro de energía, como 110 V, 220 V, etc. En algunas estaciones de radio a gran escala, el suministro de energía común es un sistema trifásico de 3 cables (4 V/380 Hz) según el estándar. También es un suelo industrial según la norma, que es diferente a la norma eléctrica civil.
4. Panel de control y modulador: generalmente ubicado en la posición más visible en el panel frontal del transmisor, compuesto por el panel de instalación y algunas teclas de función (perilla, teclas de control, pantalla de visualización, etc.), utilizado principalmente para convertir la señal de entrada de audio en señal de RF (muy débil).
5. Amplificador de potencia de RF: generalmente se refiere a la placa del amplificador de potencia, que se utiliza principalmente para amplificar la entrada de señal de RF débil de la parte de modulación. Consiste en una PCB y una serie de grabados de componentes complejos (como líneas de entrada de RF, chips amplificadores de potencia, filtros, etc.), y está conectado al sistema de alimentación de la antena a través de la interfaz de salida de RF.
6. Fuente de alimentación y ventilador: las especificaciones las realiza el fabricante del transmisor, y se utilizan principalmente para la fuente de alimentación y la disipación de calor.

 

Entre ellos, el amplificador de potencia de RF es la parte más central, la más costosa y la que se quema con mayor facilidad del transmisor, lo que se determina principalmente por su funcionamiento: la salida del amplificador de potencia de RF se conecta luego a una antena externa.

 

La mayoría de las antenas se pueden sintonizar para que, cuando se combinen con el alimentador, proporcionen la impedancia más ideal para el transmisor. Esta adaptación de impedancia es necesaria para la máxima transferencia de potencia desde el transmisor a la antena. Las antenas tienen características ligeramente diferentes en el rango de frecuencia. Una prueba importante es asegurarse de que la energía reflejada de la antena al alimentador y de regreso al transmisor sea lo suficientemente baja. Cuando el desajuste de impedancia es demasiado alto, la energía de RF enviada a la antena puede regresar al transmisor, creando una relación de onda estacionaria (SWR) alta, lo que hace que la potencia de transmisión permanezca en el amplificador de potencia de RF, lo que provoca un sobrecalentamiento e incluso daños al activo. componentes

 

Si el amplificador puede tener un buen rendimiento, entonces puede contribuir más, lo que refleja su propio "valor", pero si hay ciertos problemas con el amplificador, luego de comenzar a funcionar o trabajar durante un período de tiempo, no solo puede dejar de funcionar. Ya no proporciona ninguna "contribución", pero puede haber algunos "shocks" inesperados. Tales "shocks" son desastrosos para el mundo exterior o para el propio amplificador.

 

Amplificador de búfer: ¿Qué es y cómo funciona?

 

Los amplificadores de búfer se utilizan en los transmisores de AM.

 

El transmisor de AM consta de una etapa de oscilador, una etapa de búfer y multiplicador, una etapa de controlador y una etapa de modulador, donde el oscilador principal alimenta el amplificador de búfer, seguido por la etapa de búfer.

 

La etapa al lado del oscilador se denomina búfer o amplificador de búfer (a veces llamado simplemente búfer), llamado así porque aísla el oscilador del amplificador de potencia.

 

Según Wikipedia, un amplificador de búfer es un amplificador que proporciona conversión de impedancia eléctrica de un circuito a otro para proteger la fuente de señal de cualquier corriente (o voltaje, para un búfer de corriente) que pueda producir la carga.

 

De hecho, en el lado del transmisor, el amplificador de búfer se usa para aislar el oscilador principal de las otras etapas del transmisor, sin el búfer, una vez que cambia el amplificador de potencia, se reflejará de regreso al oscilador y hará que cambie de frecuencia, y si la oscilación Si el transmisor cambia la frecuencia, el receptor perderá contacto con el transmisor y recibirá información incompleta.

 

¿Cómo funciona?

 

El oscilador principal en un transmisor AM produce una frecuencia portadora subarmónica estable. El oscilador de cristal se utiliza para generar esta oscilación subarmónica estable. Después de eso, la frecuencia se incrementa al valor deseado por medio de un generador de armónicos. La frecuencia portadora debe ser muy estable. Cualquier cambio en esta frecuencia puede causar interferencia a otras estaciones transmisoras. Como resultado, el receptor aceptará programas de múltiples transmisores.

 

Los amplificadores sintonizados que proporcionan una alta impedancia de entrada en la frecuencia del oscilador principal son amplificadores de búfer. Ayuda a prevenir cualquier cambio en la corriente de carga. Debido a su alta impedancia de entrada a la frecuencia de operación del oscilador principal, los cambios no afectan al oscilador principal. Por lo tanto, el amplificador de búfer aísla el oscilador principal de las otras etapas para que los efectos de carga no cambien la frecuencia del oscilador principal.

 

Banco de pruebas de amplificadores de potencia RF: qué es y cómo funciona

 

El término "banco de pruebas" utiliza un lenguaje de descripción de hardware en diseño digital para describir el código de prueba que instancia el DUT y ejecuta las pruebas.

 

Banco de pruebas

 

Un banco de pruebas o un banco de trabajo de pruebas es un entorno que se utiliza para verificar la corrección o la cordura de un diseño o modelo.

 

El término se originó en la prueba de equipos electrónicos, donde un ingeniero se sentaba en una mesa de laboratorio, sostenía herramientas de medición y manipulación como osciloscopios, multímetros, soldadores, cortadores de alambre, etc., y verificaba manualmente la corrección del dispositivo bajo prueba. (DUT).

 

En el contexto de la ingeniería de software, firmware o hardware, un banco de pruebas es un entorno en el que se prueba un producto en desarrollo con la ayuda de herramientas de software y hardware. En algunos casos, el software puede requerir modificaciones menores para funcionar con el banco de pruebas, pero una codificación cuidadosa garantiza que los cambios se puedan deshacer fácilmente y que no se introduzcan errores.

 

Otro significado de "banco de pruebas" es un entorno aislado y controlado, muy similar a un entorno de producción, pero ni oculto ni visible para el público, los clientes, etc. Por lo tanto, es seguro realizar cambios ya que no hay ningún usuario final involucrado.

 

Dispositivo RF bajo prueba (DUT)

 

Un dispositivo bajo prueba (DUT) es un dispositivo que ha sido probado para determinar el rendimiento y la competencia. Un DUT también puede ser un componente de un módulo o unidad más grande llamado unidad bajo prueba (UUT). Verifique el DUT en busca de defectos para asegurarse de que el dispositivo funcione correctamente. La prueba está diseñada para evitar que los dispositivos dañados lleguen al mercado, lo que también puede reducir los costos de fabricación.

 

Un dispositivo bajo prueba (DUT), también conocido como dispositivo bajo prueba (EUT) y unidad bajo prueba (UUT), es una inspección de producto fabricado que se prueba cuando se fabrica por primera vez o más tarde en su ciclo de vida como parte de la prueba funcional en curso. y calibración. Esto puede incluir pruebas posteriores a la reparación para determinar si el producto funciona según las especificaciones del producto original.

 

En las pruebas de semiconductores, el dispositivo bajo prueba es un troquel en una oblea o la pieza empaquetada final. Usando el sistema de conexión, conecte componentes a equipos de prueba automáticos o manuales. Luego, el equipo de prueba alimenta el componente, proporciona señales de estímulo y mide y evalúa la salida del equipo. De esta manera, el probador determina si el dispositivo en particular bajo prueba cumple con la especificación del dispositivo.

 

En general, un dispositivo bajo prueba de RF puede ser un diseño de circuito con cualquier combinación y número de componentes analógicos y de RF, transistores, resistencias, condensadores, etc., adecuado para la simulación con el Simulador de envolvente de circuito de Agilent. Los circuitos de RF más complejos tardarán más en simularse y consumirán más memoria.

 

El tiempo de simulación del banco de pruebas y los requisitos de memoria se pueden considerar como una combinación de las mediciones del banco de pruebas de referencia con los requisitos del circuito de RF más simple más los requisitos de simulación de la envolvente del circuito del DUT de RF de interés.

 

Un dispositivo bajo prueba de RF conectado a un banco de pruebas inalámbrico a menudo se puede usar con el banco de pruebas para realizar mediciones predeterminadas mediante la configuración de los parámetros del banco de pruebas. Los ajustes de parámetros de medición predeterminados están disponibles para un dispositivo bajo prueba de RF típico:

 

• Se requiere una señal de entrada (RF) con una frecuencia portadora de radiofrecuencia constante. La salida de la fuente de señal de RF del banco de pruebas no produce una señal de RF cuya frecuencia portadora de RF varíe con el tiempo. Sin embargo, el banco de pruebas admitirá una señal de salida que contenga fase portadora de RF y modulación de frecuencia, que puede representarse mediante cambios de envolvente I y Q apropiados a una frecuencia portadora de RF constante.
• Se produce una señal de salida con una frecuencia portadora de RF constante. La señal de entrada del banco de pruebas no debe contener una frecuencia portadora cuya frecuencia varíe con el tiempo. Sin embargo, el banco de pruebas admitirá señales de entrada que contengan ruido de fase de la portadora de RF o el desplazamiento Doppler variable en el tiempo de la portadora de RF. Se espera que estas perturbaciones de la señal estén representadas por cambios de envolvente I y Q adecuados a una frecuencia portadora de RF constante.
• Se requiere una señal de entrada de un generador de señales con una fuente de resistencia de 50 ohmios.
• Se requiere una señal de entrada sin espejo espectral.
• Genere una señal de salida que requiera una resistencia de carga externa de 50 ohmios.
• Produce una señal de salida sin duplicación espectral.
• Confíe en el banco de pruebas para realizar cualquier filtrado de señal de paso de banda relacionado con la medición de la señal de salida de RF DUT.

 

Conceptos básicos del transmisor AM que debe saber

 

Un transmisor que emite una señal AM se llama transmisor AM. Estos transmisores se utilizan en las bandas de frecuencia de onda media (MW) y onda corta (SW) de la radiodifusión AM. La banda MW tiene frecuencias entre 550 kHz y 1650 kHz y la banda SW tiene frecuencias de 3 MHz a 30 MHz.

 

Los dos tipos de transmisores de AM utilizados en función de la potencia de transmisión son:

 

1. alto nivel
2. nivel bajo

 

Los transmisores de alto nivel usan modulación de alto nivel y los transmisores de bajo nivel usan modulación de bajo nivel. La elección entre los dos esquemas de modulación depende de la potencia de transmisión del transmisor de AM. En los transmisores de radiodifusión cuya potencia de transmisión puede ser del orden de kilovatios, se utiliza modulación de alto nivel. En transmisores de baja potencia que solo requieren unos pocos vatios de potencia de transmisión, se utiliza modulación de bajo nivel.

 

Transmisores de alto y bajo nivel

 

La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de los transmisores de alto y bajo nivel. La diferencia básica entre los dos transmisores es la amplificación de potencia de la portadora y las señales moduladas.

 

La figura (a) muestra un diagrama de bloques de un transmisor de AM avanzado.

 

La figura (a) se dibuja para la transmisión de audio. En la transmisión de alto nivel, la potencia de la portadora y las señales moduladas se amplifica antes de aplicarse a la etapa del modulador, como se muestra en la Figura (a). En la modulación de bajo nivel, la potencia de las dos señales de entrada a la etapa del modulador no se amplifica. La potencia de transmisión requerida se obtiene de la última etapa del transmisor, el amplificador de potencia Clase C.

 

Las partes de la figura (a) son:

 

1. Oscilador Portador
2. Amplificador de búfer
3. Multiplicador de frecuencia
4. Amplificador de poder
5. Cadena de audio
6. Amplificador de potencia modulado de clase C
7. Oscilador Portador

 

Un oscilador portador genera una señal portadora en el rango de radiofrecuencia. La frecuencia de la portadora es siempre alta. Dado que es difícil generar frecuencias altas con buena estabilidad de frecuencia, los osciladores portadores generan submúltiplos con la frecuencia portadora deseada. Esta sub-octava se multiplica por la etapa multiplicadora para obtener la frecuencia portadora deseada. Además, en esta etapa se puede utilizar un oscilador de cristal para generar una portadora de baja frecuencia con la mejor estabilidad de frecuencia. La etapa del multiplicador de frecuencia luego aumenta la frecuencia portadora a su valor deseado.

 

Amplificador de búfer

 

El propósito del amplificador de búfer es doble. Primero hace coincidir la impedancia de salida del oscilador portador con la impedancia de entrada del multiplicador de frecuencia, la siguiente etapa del oscilador portador. Luego aísla el oscilador portador y el multiplicador de frecuencia.

 

Esto es necesario para que el multiplicador no extraiga grandes corrientes del oscilador portador. Si esto sucede, la frecuencia del oscilador portador no será estable.

 

Multiplicador de frecuencia

 

La frecuencia submultiplicada de la señal portadora producida por el oscilador portador ahora se aplica al multiplicador de frecuencia a través del amplificador de búfer. Esta etapa también se conoce como generador de armónicos. El multiplicador de frecuencia produce armónicos más altos de la frecuencia del oscilador portador. Un multiplicador de frecuencia es un circuito sintonizado que sintoniza la frecuencia portadora que debe transmitirse.

 

Amplificador de potencia

 

Luego, la potencia de la señal portadora se amplifica en una etapa amplificadora de potencia. Este es un requisito básico para un transmisor de alto nivel. Los amplificadores de potencia de clase C proporcionan pulsos de corriente de alta potencia de la señal portadora en sus salidas.

Cadena de audio

 

La señal de audio a transmitir se obtiene del micrófono como se muestra en la Figura (a). El amplificador del controlador de audio amplifica el voltaje de esta señal. Esta amplificación es necesaria para impulsar los amplificadores de potencia de audio. A continuación, un amplificador de potencia Clase A o Clase B amplifica la potencia de la señal de audio.

 

Amplificador modulado de clase C

 

Esta es la etapa de salida del transmisor. La señal de audio modulada y la señal portadora se aplican a esta etapa de modulación después de la amplificación de potencia. La modulación se produce en esta etapa. El amplificador Clase C también amplifica la potencia de la señal AM a la potencia de transmisión recuperada. Esta señal finalmente pasa a la antena, que irradia la señal al espacio de transmisión.

 

Figura (b): Diagrama de bloques del transmisor AM de bajo nivel

 

El transmisor de AM de bajo nivel que se muestra en la Figura (b) es similar al transmisor de alto nivel excepto que la potencia de la portadora y las señales de audio no se amplifica. Estas dos señales se aplican directamente al amplificador de potencia Clase C modulado.

 

La modulación se produce durante esta fase y la potencia de la señal modulada se amplifica hasta el nivel de potencia de transmisión deseado. La antena transmisora ​​luego transmite la señal.

 

Acoplamiento de etapa de salida y antena

 

La etapa de salida del amplificador de potencia de clase C modulada alimenta la señal a la antena transmisora. Para transferir la potencia máxima desde la etapa de salida a la antena, las impedancias de las dos secciones deben coincidir. Para esto, se requiere una red coincidente. La coincidencia entre los dos debe ser perfecta en todas las frecuencias de transmisión. Dado que se requiere la adaptación a diferentes frecuencias, en la red de adaptación se utilizan inductores y condensadores que proporcionan diferentes impedancias a diferentes frecuencias.

 

Se debe construir una red coincidente utilizando estos componentes pasivos. Como se muestra en la Figura (c) a continuación.

 

Figura (c): red de coincidencia Dual Pi

 

La red de adaptación utilizada para acoplar la etapa de salida del transmisor y la antena se denomina red dual π. La red se muestra en la Figura (c). Consta de dos inductores L1 y L2 y dos condensadores C1 y C2. Los valores de estos componentes se eligen para que la impedancia de entrada de la red esté entre 1 y 1'. La figura (c) se muestra para que coincida con la impedancia de salida de la etapa de salida del transmisor. Además, la impedancia de salida de la red coincide con la impedancia de la antena.

 

La red de coincidencia de doble π también filtra los componentes de frecuencia no deseados que aparecen en la salida de la última etapa del transmisor. La salida de un amplificador de potencia Clase C modulado puede contener armónicos superiores altamente indeseables, como segundo y tercer armónicos. La respuesta de frecuencia de la red de adaptación se configura para rechazar por completo estos armónicos superiores no deseados y solo la señal deseada se acopla a la antena.