Amplificatori di potenza a transistori per RF

@ Pierbassano Turrini - IW2BC


Partiamo da un esempio pratico per spiegare uno dei diversi modi di adattamento dei parametri dei transistor alla classica impedenza di 50 ohm.
Supponiamo di aver scelto un BLY88A per costruire il nostro amplificatore.
Supponiamo pure di voler amplificare oltre all'FM ed il CW, che basterebbe la classe C, anche  l'SSB e l'AM per cui la classe passa alla AB.
Dal foglio tecnico del BLY88A ricaviamo che per la frequenza di 145 Mhz l'impedenza di ingresso vale Zi = (2,3 + j2,5).
Dobbiamo adattare questa impedenza ai soliti 50 ohm per cui utilizzeremo la "Carta di Smith".
Anzichè usare il metodo classico, ne useremo uno più rapido che permette di ottenere la stessa accuratezza con un numero minore di calcoli.
Questo metodo è basato sull'impiego di due "Carte di Smith" sovrapposte l'una all'altra.
La superiore è di tipo Z, mentre l'inferiore è di tipo Y.


Fig. 1

Seguiamo il procedimento di calcolo in Fig. 1, dove, per chiarezza, è riportata la sola carta Z.
Dall'impedenza Zi passiamo all'impedenza normalizzata zi dividendo la precedente per 50.
Si ottiene zi = (0,046 + j0,5).
Il punto corrispondente in Fig. 1 è il punto A.
Una tale impedenza ha, come si vede, coefficente dell'immaginario positivo, cioè reattanza induttiva.
Un primo passo può essere quello di eliminare tale reattanza induttiva con un condensatore in serie o in parallelo
Scegliamo il circuito di Fig. 2 che prevede un condensatore in parallelo al diodo base-emettitore del transistor.


Fig. 2

Seguiamo allora la circonferenza a g (conduttanza) costante sulla carta Y, che trova al di sotto della carta Z, girando in senso orario.
Per eliminare del tutto la reattanza induttiva di cui abbiamo parlato, dovremmo arrivare fino all'asse orizzontale; tuttavia, per mostrare la grande flessibilità di questo tipo di progetto, ci fermiamo prima, al punto B.
Leggiamo sulla corona esterna della carta la variazione di ammettenza compiuta con la rotazione: 5-2 = 3, che tenendo presente la normalizzazione, corrisponde a una capacità di 66 pF a 145 Mhz.
Il  prossimo passo è il calcolo dell'induttanza L1 con la quale si ruota (sulla carta Z) da B a C in senso orario.
Il punto C di termine della rotazione si determina come intersezione fra la circonferenza sulla quale stiamo ruotando (che è ora a r costante dato che l'induttanza L1 è in serie al circuito) e una delle semicirconferenze a Q costante che hanno un andamento del tipo riportato in Fig. 3 e che si possono sovrapporre alla "Carta di Smith" a questo scopo.


Fig. 3

Nel nostro caso abbiamo scelto un Q = 10 e tale valore corrisponde al punto C.
Il seguito del progetto del circuito d'ingresso segue le linee dello sviluppo precedente.
Il condensatore C2 provoca la rotazione, lungo una circonferenza a g costante , dal punto C al punto D , intersezione di tale circonferenza con la circonferenza a r = 1, che corrisponde a una r = 50 ohm ed il condensatore C3 completa l'adattamento fino al punto 1 + j0, corrispondente a 50 ohm resistivi puri.
Dai valori delle ammetenze e delle impedenze che hanno provocato le rotazioni, ricordiamo sempre di riportare i coefficenti normalizzati con i quali si è eseguito il calcolo a quelli reali , si possono ricavare i valori dei componenti da impiegare nel circuito, che sono L1 = 34 nH, C2 = 20 pF, C3 = 13 pF.


L1 = 34nH -  1 spira - diam. 2 mm su 12 mm
L2 = 76 nH - 2 spire come sopra

Possiamo ora passare al progetto del circuito di uscita, per il quale si segue il percorso indicato nella Fig. 4.


Fig. 4

Terminata la sintesi dei circuiti di adattamento, non rimane che polarizzare il transistor.
Il metodo qui usato consiste nello sfruttare un diodo al silicio come resistenza a coefficente di temperatura negativo.
Essendo questo diodo polarizzato direttamente la caduta di tensione a cui da luogo ai suoi capi è dell'ordine di 0,5 - 0,6 V e con tale tensione si alimenta la base del transistor mantenendolo al limite della conduzione.
All'aumentare della temperatura del transistor aumenta pure la temperatura del diodo che ad esso è termicamente collegato e per la sua particolare caratteristica, diminuisce la caduta ai suoi capi con il risultato che il transistor conduce meno, autostabilizzandosi.
Coloro che eventualmente non desiderassero avere un amplificazione lineare, prevedendo di utilizzare il circuito solamente in FM o in CW, non dovranno fare altro che eliminare le due resistenze di polarizzazione della base ed il diodo e collegare direttamente a massa l'impedenza sulla base.



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