Un amplificador lineal es un circuito electrónico cuya salida es proporcional a su entrada, pero capaz de entregar más potencia a una carga . El término generalmente se refiere a un tipo de amplificador de potencia de radiofrecuencia (RF) , algunos de los cuales tienen una potencia de salida medida en kilovatios , y se utilizan en radioaficionados . Otros tipos de amplificadores lineales se utilizan en equipos de audio y de laboratorio . La linealidad se refiere a la capacidad del amplificador para producir señales que son copias precisas de la entrada. Un amplificador lineal responde a diferentes componentes de frecuencia de forma independiente y tiende a no generar distorsión armónica o distorsión de intermodulación . Sin embargo, ningún amplificador puede proporcionar una linealidad perfecta, porque los dispositivos amplificadores ( transistores o tubos de vacío ) siguen una función de transferencia no lineal y se basan en técnicas de circuitos para reducir esos efectos. Hay varias clases de amplificadores que ofrecen diversas compensaciones entre el costo de implementación, la eficiencia y la precisión de la señal.
La linealidad se refiere a la capacidad del amplificador de producir señales que sean copias exactas de la entrada, generalmente a niveles de potencia mayores. La impedancia de carga, el voltaje de suministro, la corriente de base de entrada y las capacidades de salida de potencia pueden afectar la eficiencia del amplificador. [1]
Los amplificadores de clase A pueden diseñarse para que tengan una buena linealidad tanto en topologías de un solo extremo como en push-pull . Los amplificadores de las clases AB1, AB2 y B pueden ser lineales solo cuando se emplea un circuito de tanque sintonizado, o en la topología push-pull , en la que se utilizan dos elementos activos (tubos, transistores) para amplificar las partes positiva y negativa del ciclo de RF respectivamente. Los amplificadores de clase C no son lineales en ninguna topología.
Existen varias clases de amplificadores que ofrecen distintas ventajas y desventajas entre el costo de implementación, la eficiencia y la precisión de la señal. A continuación se enumeran brevemente sus usos en aplicaciones de RF:
Aunque los amplificadores de potencia de clase A (PA) son los mejores en términos de linealidad, su eficiencia es bastante pobre en comparación con otras clases de amplificación como los amplificadores “AB”, “C” y Doherty . Sin embargo, una mayor eficiencia conduce a una mayor no linealidad y la salida del PA se distorsionará, a menudo hasta el punto de no cumplir con los requisitos de rendimiento del sistema. Por lo tanto, se utilizan amplificadores de potencia de clase AB u otras variaciones con alguna forma adecuada de esquemas de linealización como retroalimentación , avance o predistorsión analógica o digital (DPD). En los sistemas de amplificadores de potencia DPD, las características de transferencia del amplificador se modelan muestreando la salida del PA y las características inversas se calculan en un procesador DSP. La señal de banda base digital se multiplica por la inversa de las características de transferencia no lineal del PA, se convierte a frecuencias de RF y se aplica a la entrada del PA. Con un diseño cuidadoso de la respuesta del PA, los motores DPD pueden corregir la distorsión de salida del PA y lograr mayores eficiencias.
Con los avances en las técnicas de procesamiento de señales digitales, la predistorsión digital (DPD) ahora se usa ampliamente en subsistemas de amplificadores de potencia de RF . Para que un DPD funcione correctamente, las características del amplificador de potencia deben ser óptimas y existen técnicas de circuitos para optimizar el rendimiento del amplificador de potencia. [2]
Algunos amplificadores lineales de uno a dos kilovatios fabricados comercialmente que se utilizan en la radioafición aún utilizan tubos de vacío (válvulas) y pueden proporcionar una amplificación de potencia de RF de 10 a 20 veces (10 a 13 dB). Por ejemplo, un transmisor que impulsa la entrada con 100 vatios se amplificará a 2000 vatios (2 kW) de salida a la antena. Los amplificadores lineales de estado sólido son más comunes en el rango de 1000 vatios y pueden ser impulsados por tan solo 5 vatios. [3] Los dispositivos de potencia modernos que utilizan tecnología LDMOS permiten amplificadores de potencia de RF lineales más eficientes y rentables para la comunidad de radioaficionados. [4]
Los amplificadores lineales de tubos de vacío de gran tamaño generalmente dependen de uno o más tubos de vacío alimentados por una fuente de alimentación de voltaje muy alto para convertir grandes cantidades de energía eléctrica en energía de radiofrecuencia. Los amplificadores lineales necesitan operar con polarización de clase A o clase AB , lo que los hace relativamente ineficientes. Si bien la clase C tiene una eficiencia mucho mayor, un amplificador de clase C no es lineal y solo es adecuado para la amplificación de señales de envolvente constante . Dichas señales incluyen FM , FSK , MFSK y CW ( código Morse ). [5] [6]
Las etapas de salida de los transmisores profesionales de radio AM de hasta 50 kW deben ser lineales y, en la actualidad, se construyen generalmente con tecnología de estado sólido. Los grandes tubos de vacío se siguen utilizando para transmisores de radiodifusión internacionales de onda larga, media y corta de 500 kW a 2 MW.