Banco de teste de tensão do amplificador de potência FMUSER RF para amplificador de potência do transmissor AM (PA) e teste do amplificador de buffer

Teste da placa do amplificador de potência de RF | Solução de comissionamento AM da FMUSER

 

Amplificadores de potência de RF e amplificadores de buffer são as partes mais importantes dos transmissores AM e sempre desempenham um papel fundamental no projeto inicial, entrega e pós-manutenção.

 

Esses componentes básicos permitem a transmissão correta de sinais de RF. Dependendo do nível de potência e da força exigida pelo receptor para identificar e decodificar o sinal, qualquer dano pode deixar os transmissores de transmissão com distorção do sinal, consumo de energia reduzido e muito mais.

 

 

Para a revisão e manutenção posteriores dos componentes principais dos transmissores de transmissão, alguns equipamentos de teste importantes são essenciais. A solução de medição de RF da FMUSER ajuda você a verificar seu projeto através de um desempenho de medição de RF incomparável.

 

Como funciona

 

É usado principalmente para testes quando a placa do amplificador de potência e a placa do amplificador de buffer do transmissor AM não podem ser confirmadas após o reparo.

 

 

Funcionalidades

 

• A fonte de alimentação da bancada de teste é AC220V e o painel possui um interruptor de alimentação. -5v, 40v e 30v gerados internamente são fornecidos pela fonte de alimentação de comutação integrada.
• Existem interfaces Q9 de teste de saída de buffer na parte superior da bancada de teste: J1 e J2, interfaces Q9 de teste de saída do amplificador de potência: J1 e J2 e indicador de tensão do amplificador de potência (59C23). J1 e J2 são conectados ao osciloscópio de dupla integração.
• O lado esquerdo da parte inferior da bancada de teste é a posição do teste de amplificação do buffer e o lado direito é o teste da placa do amplificador de potência.

 

Instruções

 

• J1: Teste o interruptor de alimentação
• S1: Teste da placa do amplificador e chave seletora do teste da placa de buffer
• S3/S4: Teste da placa do amplificador de potência esquerda e direita do sinal de ativação ou seleção de desativação.

 

Amplificador de potência RF: O que é e como funciona?

 

No campo de rádio, um amplificador de potência de RF (RF PA), ou amplificador de potência de radiofrequência é um dispositivo eletrônico comum usado para amplificar e emitir conteúdo de entrada, que é frequentemente expresso como tensão ou potência, enquanto a função do amplificador de potência de RF é aumentar as coisas que "absorve" até certo nível e "exporta para o mundo exterior".

 

Como isso funciona?

 

Normalmente, o amplificador de potência de RF é embutido no transmissor na forma de uma placa de circuito. Obviamente, o amplificador de potência de RF também pode ser um dispositivo separado conectado à saída do transmissor de saída de baixa potência através de um cabo coaxial. Devido ao espaço limitado, se você estiver interessado, seja bem-vindo Deixe um comentário e eu o atualizarei algum dia no futuro :).

 

O significado do amplificador de potência de RF é obter uma potência de saída de RF suficientemente grande. Isso porque, em primeiro lugar, no circuito front-end do transmissor, após a entrada do sinal de áudio do dispositivo de fonte de áudio através da linha de dados, ele será convertido em um sinal de RF muito fraco por meio de modulação, mas esses sinais fracos sinais não são suficientes para atender a cobertura de transmissão em larga escala. Portanto, esses sinais modulados por RF passam por uma série de amplificação (estágio de buffer, estágio de amplificação intermediário, estágio de amplificação de potência final) através do amplificador de potência de RF até que seja amplificado para potência suficiente e depois passado pela rede correspondente. Finalmente, ele pode ser alimentado na antena e irradiado.

 

Para operação do receptor, o transceptor ou unidade transmissor-receptora pode ter uma chave de transmissão/recepção (T/R) interna ou externa. O trabalho da chave T/R é mudar a antena para o transmissor ou receptor conforme necessário.

 

Qual é a estrutura básica de um amplificador de potência de RF?

 

Os principais indicadores técnicos dos amplificadores de potência de RF são potência de saída e eficiência. Como melhorar a potência de saída e a eficiência é o cerne dos objetivos de projeto dos amplificadores de potência de RF.

 

O amplificador de potência de RF tem uma frequência de operação especificada e a frequência de operação selecionada deve estar dentro de sua faixa de frequência. Para uma frequência de operação de 150 megahertz (MHz), um amplificador de potência de RF na faixa de 145 a 155 MHz seria adequado. Um amplificador de potência de RF com uma faixa de frequência de 165 a 175 MHz não poderá operar em 150 MHz.

 

Normalmente, no amplificador de potência de RF, a frequência fundamental ou um certo harmônico pode ser selecionado pelo circuito ressonante LC para obter uma amplificação sem distorção. Além disso, os componentes harmônicos na saída devem ser os menores possíveis para evitar interferência com outros canais.

 

Os circuitos amplificadores de potência de RF podem usar transistores ou circuitos integrados para gerar amplificação. No projeto de amplificador de potência de RF, o objetivo é ter amplificação suficiente para produzir a potência de saída desejada, permitindo uma incompatibilidade temporária e pequena entre o transmissor e o alimentador da antena e a própria antena. A impedância do alimentador da antena e da própria antena é geralmente de 50 ohms.

 

Idealmente, a combinação de antena e linha de alimentação apresentará uma impedância puramente resistiva na frequência de operação.

Por que o amplificador de potência de RF é necessário?

 

Como parte principal do sistema de transmissão, a importância do amplificador de potência de RF é evidente. Todos nós sabemos que um transmissor de transmissão profissional geralmente inclui as seguintes partes:

 

1. Escudo rígido: geralmente feito de liga de alumínio, quanto maior o preço.
2. Placa de entrada de áudio: usada principalmente para obter entrada de sinal da fonte de áudio e conectar o transmissor e a fonte de áudio por um cabo de áudio (como XLR, 3.45MM, etc.). A placa de entrada de áudio geralmente é colocada no painel traseiro do transmissor e é um paralelepípedo retangular com uma proporção de aproximadamente 4:1.
3. Fonte de alimentação: É usado para fonte de alimentação. Diferentes países têm diferentes padrões de fonte de alimentação, como 110V, 220V, etc. Em algumas estações de rádio de grande escala, a fonte de alimentação comum é um sistema trifásico de 3 fios (4V/380Hz) de acordo com o padrão. É também um terreno industrial de acordo com o padrão, que é diferente do padrão de eletricidade civil.
4. Painel de controle e modulador: geralmente localizado na posição mais visível do painel frontal do transmissor, composto pelo painel de instalação e algumas teclas de função (botão, teclas de controle, tela de exibição, etc.), utilizados principalmente para converter o sinal de entrada de áudio em sinal de RF (muito fraco).
5. Amplificador de potência de RF: geralmente se refere à placa de amplificador de potência, que é usada principalmente para amplificar a entrada de sinal de RF fraco da parte de modulação. Consiste em um PCB e uma série de gravuras de componentes complexos (como linhas de entrada de RF, chips de amplificador de potência, filtros, etc.), e é conectado ao sistema de alimentação de antena através da interface de saída de RF.
6. Fonte de alimentação e ventoinha: As especificações são feitas pelo fabricante do transmissor, utilizadas principalmente para alimentação e dissipação de calor

 

Entre eles, o amplificador de potência de RF é a parte mais central, mais cara e mais facilmente queimada do transmissor, o que é determinado principalmente pelo seu funcionamento: a saída do amplificador de potência de RF é então conectada a uma antena externa.

 

A maioria das antenas pode ser ajustada para que, quando combinadas com o alimentador, forneçam a impedância mais ideal para o transmissor. Esta correspondência de impedância é necessária para a máxima transferência de potência do transmissor para a antena. As antenas têm características ligeiramente diferentes na faixa de frequência. Um teste importante é garantir que a energia refletida da antena para o alimentador e de volta para o transmissor seja baixa o suficiente. Quando o descasamento de impedância é muito alto, a energia de RF enviada para a antena pode retornar ao transmissor, criando uma alta relação de onda estacionária (SWR), fazendo com que a potência de transmissão permaneça no amplificador de potência de RF, causando superaquecimento e até danos aos ativos. componentes.

 

Se o amplificador pode ter um bom desempenho, ele pode contribuir mais, o que reflete seu próprio "valor", mas se houver certos problemas com o amplificador, depois de começar a trabalhar ou trabalhar por um período de tempo, não apenas não poderá mais fornecer qualquer "contribuição", mas pode haver alguns "choques" inesperados. Tais "choques" são desastrosos para o mundo exterior ou para o próprio amplificador.

 

Amplificador de buffer: o que é e como funciona?

 

Amplificadores de buffer são usados ​​em transmissores AM.

 

O transmissor AM consiste em um estágio oscilador, um estágio de buffer e multiplicador, um estágio de driver e um estágio de modulador, onde o oscilador principal alimenta o amplificador de buffer, seguido pelo estágio de buffer.

 

O estágio próximo ao oscilador é chamado de buffer ou amplificador de buffer (às vezes simplesmente chamado de buffer) - assim chamado porque isola o oscilador do amplificador de potência.

 

De acordo com a Wikipedia, um amplificador de buffer é um amplificador que fornece conversão de impedância elétrica de um circuito para outro, a fim de proteger a fonte de sinal de qualquer corrente (ou tensão, para um buffer de corrente) que a carga possa produzir.

 

De fato, no lado do transmissor, o amplificador de buffer é usado para isolar o oscilador principal dos outros estágios do transmissor, sem o buffer, uma vez que o amplificador de potência muda, ele refletirá de volta ao oscilador e fará com que ele mude de frequência, e se a oscilação Se o transmissor mudar a frequência, o receptor perderá o contato com o transmissor e receberá informações incompletas.

 

Como isso funciona?

 

O oscilador principal em um transmissor AM produz uma frequência portadora sub-harmônica estável. O oscilador de cristal é usado para gerar esta oscilação sub-harmônica estável. Depois disso, a frequência é aumentada para o valor desejado por meio de um gerador harmônico. A frequência da portadora deve ser muito estável. Qualquer alteração nesta frequência pode causar interferência em outras estações transmissoras. Como resultado, o receptor aceitará programas de vários transmissores.

 

Amplificadores sintonizados que fornecem alta impedância de entrada na frequência do oscilador principal são amplificadores de buffer. Ajuda a evitar qualquer alteração na corrente de carga. Devido à sua alta impedância de entrada na frequência de operação do oscilador principal, as alterações não afetam o oscilador principal. Portanto, o amplificador de buffer isola o oscilador principal dos outros estágios para que os efeitos de carregamento não alterem a frequência do oscilador principal.

 

Bancada de teste de amplificador de potência de RF: o que é e como funciona

 

O termo "banco de teste" usa uma linguagem de descrição de hardware em design digital para descrever o código de teste que instancia o DUT e executa os testes.

 

Bancada

 

Uma bancada de teste ou bancada de teste é um ambiente usado para verificar a exatidão ou sanidade de um projeto ou modelo.

 

O termo originou-se no teste de equipamentos eletrônicos, onde um engenheiro se sentava em uma bancada de laboratório, segurava ferramentas de medição e manipulação, como osciloscópios, multímetros, ferros de solda, alicate, etc., e verificava manualmente a exatidão do dispositivo em teste. (DUT).

 

No contexto de engenharia de software ou firmware ou hardware, uma bancada de teste é um ambiente no qual um produto em desenvolvimento é testado com a ajuda de ferramentas de software e hardware. Em alguns casos, o software pode exigir pequenas modificações para funcionar com o testbench, mas uma codificação cuidadosa garante que as alterações possam ser facilmente desfeitas e que nenhum bug seja introduzido.

 

Outro significado de "testbed" é um ambiente isolado e controlado, muito semelhante a um ambiente de produção, mas não oculto nem visível para o público, clientes, etc. Portanto, é seguro fazer alterações, pois nenhum usuário final está envolvido.

 

Dispositivo de RF em teste (DUT)

 

Um dispositivo em teste (DUT) é um dispositivo que foi testado para determinar o desempenho e a proficiência. Um DUT também pode ser um componente de um módulo ou unidade maior chamada unidade em teste (UUT). Verifique se há defeitos no DUT para garantir que o dispositivo esteja funcionando corretamente. O teste foi desenvolvido para evitar que dispositivos danificados cheguem ao mercado, o que também pode reduzir os custos de fabricação.

 

Um dispositivo em teste (DUT), também conhecido como dispositivo em teste (EUT) e uma unidade em teste (UUT), é uma inspeção de produto fabricado que é testado quando fabricado pela primeira vez ou posteriormente em seu ciclo de vida como parte do teste funcional contínuo e calibração. Isso pode incluir testes pós-reparo para determinar se o produto atende às especificações originais do produto.

 

Em testes de semicondutores, o dispositivo em teste é uma matriz em um wafer ou a parte final embalada. Usando o sistema de conexão, conecte os componentes ao equipamento de teste automático ou manual. O equipamento de teste então alimenta o componente, fornece sinais de estímulo e mede e avalia a saída do equipamento. Dessa forma, o testador determina se o dispositivo específico em teste atende à especificação do dispositivo.

 

Em geral, um DUT de RF pode ser um projeto de circuito com qualquer combinação e número de componentes analógicos e de RF, transistores, resistores, capacitores, etc., adequados para simulação com o Simulador de Envelope de Circuitos Agilent. Circuitos de RF mais complexos levarão mais tempo para simular e consumir mais memória.

 

Os requisitos de memória e tempo de simulação de bancada de teste podem ser considerados como uma combinação de medições de bancada de teste de referência com os requisitos do circuito de RF mais simples mais os requisitos de simulação de envelope de circuito do DUT de RF de interesse.

 

Um DUT de RF conectado a uma bancada de teste sem fio geralmente pode ser usado com a bancada de teste para realizar medições padrão definindo os parâmetros da bancada de teste. As configurações padrão dos parâmetros de medição estão disponíveis para um DUT RF típico:

 

• É necessário um sinal de entrada (RF) com uma frequência portadora de radiofrequência constante. A saída da fonte de sinal de RF da bancada de teste não produz um sinal de RF cuja frequência de portadora de RF varia com o tempo. No entanto, a bancada de teste suportará um sinal de saída contendo modulação de fase e frequência de portadora de RF, que pode ser representada por mudanças de envelope I e Q apropriadas em uma frequência de portadora de RF constante.
• É produzido um sinal de saída com uma frequência portadora de RF constante. O sinal de entrada da bancada de teste não deve conter uma frequência portadora cuja frequência varie ao longo do tempo. No entanto, a bancada de teste suportará sinais de entrada que contenham ruído de fase da portadora de RF ou o deslocamento Doppler variável no tempo da portadora de RF. Espera-se que essas perturbações de sinal sejam representadas por mudanças de envelope I e Q adequadas em uma frequência de portadora de RF constante.
• É necessário um sinal de entrada de um gerador de sinal com resistência de fonte de 50 ohms.
• É necessário um sinal de entrada sem espelhamento espectral.
• Gere um sinal de saída que requer um resistor de carga externo de 50 ohms.
• Produz um sinal de saída sem espelhamento espectral.
• Confie na bancada de teste para realizar qualquer filtragem de sinal de passagem de banda relacionada à medição do sinal de saída RF DUT.

 

Noções básicas de transmissor de AM que você deve saber

 

Um transmissor que emite um sinal AM é chamado de transmissor AM. Esses transmissores são usados ​​nas bandas de frequência de ondas médias (MW) e ondas curtas (SW) da transmissão AM. A banda MW possui frequências entre 550 kHz e 1650 kHz e a banda SW possui frequências de 3 MHz a 30 MHz.

 

Os dois tipos de transmissores AM usados ​​com base na potência de transmissão são:

 

1. alto nível
2. nível baixo

 

Transmissores de alto nível usam modulação de alto nível e transmissores de baixo nível usam modulação de baixo nível. A escolha entre os dois esquemas de modulação depende da potência de transmissão do transmissor AM. Em transmissores de transmissão cuja potência de transmissão pode ser da ordem de quilowatts, a modulação de alto nível é usada. Em transmissores de baixa potência que requerem apenas alguns watts de potência de transmissão, a modulação de baixo nível é usada.

 

Transmissores de alto e baixo nível

 

A figura abaixo mostra o diagrama de blocos dos transmissores de alto e baixo nível. A diferença básica entre os dois transmissores é a amplificação de potência da portadora e dos sinais modulados.

 

A Figura (a) mostra um diagrama de blocos de um transmissor AM avançado.

 

A Figura (a) é desenhada para transmissão de áudio. Na transmissão de alto nível, a potência da portadora e dos sinais modulados é amplificada antes de ser aplicada ao estágio modulador, conforme mostrado na Figura (a). Na modulação de baixo nível, a potência dos dois sinais de entrada para o estágio modulador não é amplificada. A potência de transmissão necessária é obtida do último estágio do transmissor, o amplificador de potência Classe C.

 

As partes da Figura (a) são:

 

1. Oscilador de portadora
2. Amplificador de buffer
3. Multiplicador de Frequência
4. Amplificador de potência
5. Cadeia de áudio
6. Amplificador de Potência Classe C Modulado
7. Oscilador de portadora

 

Um oscilador de portadora gera um sinal de portadora na faixa de radiofrequência. A frequência da portadora é sempre alta. Como é difícil gerar altas frequências com boa estabilidade de frequência, os osciladores de portadora geram submúltiplos com a frequência de portadora desejada. Esta sub-oitava é multiplicada pelo estágio multiplicador para obter a frequência portadora desejada. Além disso, um oscilador de cristal pode ser usado neste estágio para gerar uma portadora de baixa frequência com a melhor estabilidade de frequência. O estágio multiplicador de frequência então aumenta a frequência da portadora para o valor desejado.

 

Amplificador de buffer

 

O propósito do amplificador de buffer é duplo. Ele primeiro combina a impedância de saída do oscilador da portadora com a impedância de entrada do multiplicador de frequência, o próximo estágio do oscilador da portadora. Em seguida, isola o oscilador da portadora e o multiplicador de frequência.

 

Isso é necessário para que o multiplicador não extraia grandes correntes do oscilador da portadora. Se isso acontecer, a frequência do oscilador da portadora não será estável.

 

Multiplicador de Frequência

 

A frequência sub-multiplicada do sinal portador produzido pelo oscilador portador é agora aplicada ao multiplicador de frequência através do amplificador de buffer. Este estágio também é conhecido como gerador harmônico. O multiplicador de frequência produz harmônicos mais altos da frequência do oscilador da portadora. Um multiplicador de frequência é um circuito sintonizado que sintoniza a frequência da portadora que precisa ser transmitida.

 

Amplificador de potência

 

A potência do sinal da portadora é então amplificada em um estágio amplificador de potência. Este é um requisito básico para um transmissor de alto nível. Os amplificadores de potência classe C fornecem pulsos de corrente de alta potência do sinal da portadora em suas saídas.

Cadeia de áudio

 

O sinal de áudio a ser transmitido é obtido do microfone conforme mostrado na Figura (a). O amplificador do driver de áudio amplifica a tensão deste sinal. Esta amplificação é necessária para acionar amplificadores de potência de áudio. Em seguida, um amplificador de potência Classe A ou Classe B amplifica a potência do sinal de áudio.

 

Amplificador Classe C Modulado

 

Este é o estágio de saída do transmissor. O sinal de áudio modulado e o sinal de portadora são aplicados a este estágio de modulação após a amplificação de potência. A modulação ocorre nesta fase. O amplificador Classe C também amplifica a potência do sinal AM para a potência de transmissão recuperada. Este sinal é finalmente passado para a antena, que irradia o sinal para o espaço de transmissão.

 

Figura (b): Diagrama de Blocos do Transmissor AM de Baixo Nível

 

O transmissor AM de baixo nível mostrado na Figura (b) é semelhante ao transmissor de alto nível, exceto que a potência da portadora e os sinais de áudio não são amplificados. Esses dois sinais são aplicados diretamente ao amplificador de potência Classe C modulado.

 

A modulação ocorre durante esta fase e a potência do sinal modulado é amplificada para o nível de potência de transmissão desejado. A antena transmissora então transmite o sinal.

 

Acoplamento de estágio de saída e antena

 

O estágio de saída do amplificador de potência classe C modulado alimenta o sinal para a antena de transmissão. Para transferir potência máxima do estágio de saída para a antena, as impedâncias das duas seções devem corresponder. Para isso, é necessária uma rede correspondente. A correspondência entre os dois deve ser perfeita em todas as frequências de transmissão. Como a correspondência em diferentes frequências é necessária, indutores e capacitores que fornecem diferentes impedâncias em diferentes frequências são usados ​​na rede de correspondência.

 

Uma rede correspondente deve ser construída usando esses componentes passivos. Conforme mostrado na Figura (c) abaixo.

 

Figura (c): Rede de correspondência Dual Pi

 

A rede de correspondência usada para acoplar o estágio de saída do transmissor e a antena é chamada de rede π dupla. A rede é mostrada na Figura (c). Consiste em dois indutores L1 e L2 e dois capacitores C1 e C2. Os valores desses componentes são escolhidos de modo que a impedância de entrada da rede esteja entre 1 e 1'. A Figura (c) é mostrada para corresponder à impedância de saída do estágio de saída do transmissor. Além disso, a impedância de saída da rede corresponde à impedância da antena.

 

A rede de correspondência de π duplo também filtra componentes de frequência indesejados que aparecem na saída do último estágio do transmissor. A saída de um amplificador de potência Classe C modulado pode conter harmônicos mais altos altamente indesejáveis, como segundo e terceiro harmônicos. A resposta de frequência da rede correspondente é definida para rejeitar completamente esses harmônicos mais altos indesejados e apenas o sinal desejado é acoplado à antena.