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 suele referirse 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 amplificador lineal se utilizan en equipos de audio y de laboratorio . La linealidad se refiere a la capacidad del amplificador para producir señales que son copias exactas 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 válvulas de vacío ) siguen una función de transferencia no lineal y dependen de técnicas de circuitos para reducir esos efectos. Hay varias clases de amplificadores que ofrecen diversas compensaciones entre costo de implementación, eficiencia y precisión de la señal.
La linealidad se refiere a la capacidad del amplificador para producir señales que son copias exactas de la entrada, generalmente a niveles de potencia aumentados. La impedancia de carga, el voltaje de suministro, la corriente base de entrada y las capacidades de salida de potencia pueden afectar la eficiencia del amplificador. [1]
Los amplificadores de clase A se pueden diseñar para tener una buena linealidad tanto en topologías de un solo extremo como de contrafase . Los amplificadores de clases AB1, AB2 y B pueden ser lineales sólo 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.
Hay varias clases de amplificadores que ofrecen diversas compensaciones entre costo de implementación, eficiencia y precisión de la señal. Su uso en aplicaciones de RF se enumera brevemente a continuación:
Aunque los amplificadores de potencia (PA) de clase A 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 de 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 amplificador 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 de PA, los motores DPD pueden corregir la distorsión de salida de PA y lograr mayores eficiencias.
Con los avances en las técnicas de procesamiento de señales digitales, la predistorsión digital (DPD) ahora se usa ampliamente para los subsistemas de amplificadores de potencia de RF . Para que un DPD funcione correctamente, las características del amplificador de potencia deben ser óptimas y hay técnicas de circuito disponibles para optimizar el rendimiento del PA. [2]
Algunos amplificadores lineales de uno o dos kilovatios fabricados comercialmente y utilizados en radioaficionados todavía 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 impulse 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 funcionar con 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 grandes amplificadores lineales de tubos de vacío generalmente dependen de uno o más tubos de vacío alimentados por una fuente de alimentación de muy alto voltaje para convertir grandes cantidades de energía eléctrica en energía de radiofrecuencia. Los amplificadores lineales necesitan funcionar 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 radiodifusión AM de hasta 50 kW deben ser lineales y actualmente se construyen normalmente con tecnologías de estado sólido. Los grandes tubos de vacío todavía se utilizan para transmisores internacionales de radiodifusión de onda larga, media y corta desde 500 kW hasta 2 MW.