En el procesamiento de señales , los linealizadores son circuitos electrónicos que mejoran el comportamiento no lineal de los amplificadores para aumentar la eficiencia y la máxima potencia de salida .
Una forma de implementar este concepto es crear circuitos con un comportamiento inverso al del amplificador. Estos circuitos contrarrestan las no linealidades del amplificador y minimizan la distorsión de la señal. Esto aumenta el rango de funcionamiento lineal hasta la saturación (máxima potencia de salida) del amplificador. Los amplificadores linealizados tienen una eficiencia significativamente mayor con una calidad de señal mejorada. Existen diferentes conceptos para linealizar un amplificador, incluida la linealización previa y posterior a la distorsión y la linealización por retroalimentación . La más utilizada es la linealización previa a la distorsión.
La función que cumple el linealizador en relación con el amplificador es muy similar a la de las gafas en relación con el ojo. El ojo distorsiona la imagen que se ve; las gafas predistorsionan la imagen. Cuando se combinan estas dos distorsiones, el resultado es una imagen nítida. Para los miopes , las gafas deben predistorsionar la imagen en un sentido. Para los hipermétropes , la imagen debe estar predistorsionada en el sentido opuesto. [1]
Las no linealidades se producen en los amplificadores debido a la disminución de la amplificación y al cambio de fase cuando se utilizan cerca de la saturación. Este comportamiento se conoce comúnmente como compresión de ganancia o fase. El linealizador de predistorsión está diseñado para compensar estos cambios. El comportamiento resultante se conoce comúnmente como expansión de ganancia o fase.
Un linealizador de predistorsión funciona creando una distorsión de la señal (amplitud y fase) que es el complemento de la distorsión de la señal inherente al amplificador de alta potencia. La señal que se va a amplificar pasa primero por el linealizador, lo que distorsiona la señal sin pérdida de ganancia. Luego, la señal distorsionada se envía al amplificador de alta potencia para ser amplificada. La distorsión inherente al amplificador de alta potencia anula la distorsión introducida por el linealizador, lo que produce una característica de transferencia casi lineal. [2]
La figura 1 muestra la amplificación (ganancia) dependiente de la potencia de entrada. La compresión de ganancia del amplificador comienza por encima de un cierto nivel de potencia de entrada (curva roja). Al agregar un linealizador de predistorsión (curva azul) delante del amplificador, el efecto de compresión de ganancia se compensa hasta un cierto nivel de potencia (curva verde). El punto en el que la ganancia del sistema total comienza a caer se empuja a un nivel de potencia más alto, aumentando así el rango de funcionamiento lineal. En la práctica, el nivel de potencia de salida lineal de un amplificador aumenta significativamente (hasta cuatro veces).
El rango de funcionamiento lineal aumentado también se ilustra en la Figura 2 (área azul claro). El gráfico muestra la relación entre la potencia de entrada y de salida de un amplificador con y sin linealizador de predistorsión. La línea de puntos muestra la potencia de salida del amplificador en función de la potencia de entrada en una escala logarítmica. En esta ilustración, la compresión se muestra como la desviación de la línea ideal de 45°. El amplificador con linealizador de predistorsión (línea continua) se desvía de la línea ideal a un nivel de potencia mucho más alto. El área azul claro ilustra el rango de potencia de funcionamiento lineal mejorado que se obtiene al agregar un linealizador de predistorsión.
Los linealizadores de predistorsión funcionan en el área de señales pequeñas y aumentan el consumo de energía de CC del sistema solo marginalmente. Se pueden deducir ventajas adicionales, entre ellas:
La aplicación preferida de los linealizadores es en amplificadores de alta potencia que utilizan tubos electrónicos (tubos de ondas progresivas, tubos de klistrón, tubos de magnetrón) o amplificadores de estado sólido (GaN, GaAs, Si). Estos sistemas se utilizan en aplicaciones de transferencia de voz y datos de banda ancha, incluidas las comunicaciones por satélite, Internet de banda ancha o la televisión HD/3D. Estas aplicaciones requieren una alta calidad de señal. La optimización de las características del amplificador permite el uso ideal de la potencia disponible y conduce a un ahorro de energía de hasta el 50%.