FCEFyN - UNCConcurso de Cargo Profesor

Asistente DS Electrónica Analógica III 08/05/2013

Prueba de oposición: Tema Nº4 Amplificadores de Potencia Clase C.

(Unidad 5)

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓN¿Qué es la Ingeniería?

DEFINICIONES DE CONEXTO De acuerdo con el objetivo principal de la Materia Electrónica

Analógica III “El objetivo de esta materia es lograr que los alumnos obtengan un

conocimiento teórico y práctico profundo que les permita en el rubro Telecomunicaciones, conocer, evaluar diseñar sistemas.”

Para lograr este objetivo proponemos un marco conceptual desde el

cual se orientan las actividades de la Ingeniería.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓN¿Qué es la Ingeniería?

La ingeniería es la actividad de transformar el conocimiento de las ciencias en algo práctico.

Es el conjunto de conocimientos y técnicas científicas aplicadas a la creación, perfeccionamiento e implementación de estructuras (tanto físicas como teóricas) para la resolución de problemas que afectan la actividad cotidiana de la sociedad.

Ética profesional: El conocimiento que nos fue dado nos compromete con el entorno del que formamos parte indisoluble.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓN¿Qué es la Ingeniería?

Para cumplir con la segunda parte del objetivo de la Materia, ( A este fin se complementan las clases teóricas y prácticas con clases de laboratorio en el cuál los alumnos deben diseñar, construir y medir prototipos que cumplan con las especificaciones dadas.). explicitamos un modelo de diseño y desarrollo que viene perfeccionándose en el mundo, especialmente a partir de la vigencia cada vez más amplia de la normativa mundial en Gestión de la Calidad.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓNDiseño y Desarrollo

• Diseñar es pensar antes de hacer. Analizar, planificar y ejecutar acciones para la satisfacción de las necesidades previstas. La planificación es un proceso continuo que sigue toda la vida útil del producto y, preferentemente, incluye un documento que evoluciona a lo largo del tiempo. Su objetivo inicial es la previsión de todas las actividades y recursos, para continuar con la verificación de dichas actividades y todos los ajustes de previsiones necesarios durante el proceso general del producto.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓNPlanificación, Diseño y Desarrollo

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

INTRODUCCIÓNDiseño y Desarrollo

INTRODUCCIÓNDiseño y Desarrollo

Diseñar es pensar antes de hacer. Analizar, planificar y ejecutar acciones para la satisfacción de las necesidades previstas. La planificación es un proceso continuo que sigue toda la vida útil del producto y, preferentemente, incluye un documento que evoluciona a lo largo del tiempo. Su objetivo inicial es la previsión de todas las actividades y recursos, para continuar con la verificación de dichas actividades y todos los ajustes de previsiones necesarios durante el proceso general del producto.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

• Especificaciones Preliminares:• Frecuencia: 300MHz• Potencia de Salida: 1W• Impedancia de Carga: 50 Ohm• Impedancia de Generador: 50 Ohm• Ganancia de potencia 6 dB• Rendimiento de colector: >55%

• Una especificación más completa debería incluir parámetros tales como ancho de banda, distorsión, rango dinámico, intermodulación, etc.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

1. Trazado del Circuito

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

2. Selección de ComponentesTransistor: BFG591

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

3. Cálculo de Componentes• Vceo=15V Vcc=7,5V Vcs=0,5V• Resistencia óptima de colector• WSal=(Vcc-Vcs)2/2*RCopt• RCopt=12,25 Ohm• D e la hoja de datos del transistor, la capacidad de colector a 10V es 0,25pF lo que tomamos como un valor

preliminar de diseño. Sintonizamos el inductor de colector (L1) con esta capacidad para compensarla.• 1250nF• El capacitor de acoplamiento de colector C debe tener una impedancia muy inferior a la de colector. XC1>2,5

C1=1nF• Para que el transistor trabaje en clase C conectamos base a masa a través de un inductor cuya reactancia debe

ser mucho mayor que la impedancia de entrada.• XLb>500 Ohm Lb=270nHy XLb=508 Ohm• Podríamos usar el componente GLFR1608TR47M-LR de 470nF y corriente de saturación de 475mA que cubre

holgadamente los requerimientos.• • Seleccionamos un Acoplamiento pi para la salida porque permite ajustar tanto la relación de impedancias como

el Q cargado. Fijamos un QL=2 para disminuir la criticidad de los valores de componentes en la potencia de salida.

• • XL=XC1// XC2

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Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

• Usando una planilla de cálculo obtenemos los resultados para el acoplamineto Pi de salida

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

4. Estimación de CostosEn esta etapa del proceso estamos en buenas condiciones para una estimación razonablemente ajustada del costo del módulo para verificar que se cumplan los prerrequisitos económicos asociados al proyecto.

5. Verificación del DiseñoPara un aproximación mejorada antes de pasar a un prototipo físico, y dado que contamos con el modelo SPICE del transistor, realizamos una simulación con el Software Altium Designer versión 2006.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

• El resultado parcial las simulaciones da los siguientes resultados, que cubren las especificaciones preliminares propuestas.

• Potencia de Salida: 1W • Potencia Disipada en Transistor: 0,65W • Potencia de Fuente: 1,65W Rendimiento de Colector: 60,6% • Potencia de Generador: 275mW • Ganancia de Potencia: 5,6 dB

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

Introduciendo los componentes de los acoplamientos en el Software Quick Smith podemos evaluar los valores de Impedancias presentados a Colector y a Base del transistor:

Impedancia Óptima de Carga: Z´L= 12,8 +J12,35

Impedancia Óptima de Generador: Z´G=13.46 +j12,86

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

7. Construcción del Prototipo

Un paso previo a la construcción del prototipo sería, en este caso, optimizar el acoplamiento entre generador y base del transistor ya que la tensión a la entrada es algo menor que el 50% de la tensión de generador en vacío, con lo que hay una ligera pérdida de energía disponible de fuente.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

8. Mediciones de laboratorio

9. Ajustes e Informe Final

10. Integración del Prototipo al Producto

11. Validación del Producto

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Ejemplo de Diseño de un Amplificador de Potencia Transistorizado Clase C

Agradecimientos

• Al universo y uno de sus resultados más bellos, la vida, que me da la oportunidad de estar hoy aquí.

• A la UNC que me formó como profesional y que me incluye en su cuerpo docente desde 1978.

• A todas las empresas que me propusieron desafíos confiando en mis capacidades.

• A todos los estudiantes que estimularon siempre mi afán de conocimiento.

Ing. Gustavo Ernesto Carranza

Bibiliografía1. Programa de Electrónica Analógica III. FCEFyN de la UNC. 19-05-

20062. Norma ISO 9001-20003. Proceso de Diseño: Fases para el desarrollo de Productos ProDis,

Boletín Informativo nº 141 09/2009. Instituto Nacional de Tecnología Industrial INTI.

4. Diccionario de la lengua española (vigésima segunda edición)5. Wikipedia6. Estado sólido en ingeniería de radiocomunicaciones- Krauss-

Bostian-Raab7. Motorola AN282A Systemizing RF Power Amplifier Design8. Motorola AN721 Impedance Matching Networks Aplied to RF

Power Transistor9. Altium Designer 2006 Tutorials

Ing. Gustavo Ernesto Carranza