A-Sınıf RF Yükselteci

Bir RF yükselteç içinde olmazsa olmaz devre parçalarından oluşur.

Buradaki Bayas devresi yükseltecin çalışma sınıfını belirler. Matching (eşleme) devreleri transistörün giriş empedansını girişe bağlanan bir önceki devrenin çıkış empedansına eşlemeye, çıkıştaki matching devresi ise transistörün çıkış empedansını anten empedansına uydurmaya yarar. Profesyonel devrelerde genellikle giriş ve çıkış empedansları özel bir durum yoksa 50 ohm olarak yapılır. RFC (RF şok) RF e çok yüksek empedans göstererek RF sinyalin besleme ve bayas devrelerinden geçmesine engel olurlar. A sınıfı bir yükselteç en iyi lineeriteye ve en düşük distorsiyon oranına sahiptir. Fakat verimi düşüktür. Bunun sebebi ise çalışma sınıfının özelliğinden dolayı girişine bir sinyal uygulanmasa bile bir kollektör akımının akmasıdır.

Yukarıdaki devreye besleme voltajı ve giriş sinyali uygulandığında, AC sinyal transistörün kollektöründe besleme voltajının iki katı olarak salınır. Kollektördeki RFC AC sinyalin besleme kaynağı tarafından kısa devre edilmesine engel olur. AC sinyal kollektöre bağlı matching devresi üzerinden antene beslenir. Transistörden geçen akım;

Ic = Icq + IoCoswt dir.

Ic = Transistörden geçen herhangi bir andaki kollektör akımı.

Icq = Transistörden geçen kollektör sessizlik (giriş sinyali olmadığında) akımı.

IoCoswt = RF sinyal bileşkesi olan kollektör akımı.

Herhangi bir andaki kollektör gerilimi;

Vc = Vcc – Io RL‘ Coswt Buradaki RL‘ kollektör empedansıdır.

Kollektörde harcanan güç bir miktar hesap sonunda

Pd = IcQ Vcc – (Io2 RL‘) / 2 olarak bulunur.

Bu yükselteçlerde giriş sinyali yokken kollektör üzerinde çok fazla güç harcanır. Yukarıdaki formülün (Io2 RL‘) / 2 parçası sinüs sinyali uygulandığında oluşan güç harcamasıdır. Formülden de anlaşılacağı gibi giriş sinyali yokken transistör üzerinde harcanan güç artıyor.
Devrenin verimi;

n = Io2 /( 2 Iomax2) 100%

Buradan en büyük verimin %50 nin altında olduğu anlaşılıyor.

Maksimum çıkış gücü;

Po = (Vcc IcQ) / 2

Girişe birden çok sinyal uygulandığında (örneğin çift ton uygulandığında) çıkış gücü tek tona göre düşer. Bu nedenle farklı güç formülleri de kullanılır.

Portalama = P.E.P / N

Burada;
Portalama = ortalama çıkış gücü

P.E.P. = Tek ton uygulandığında tepe güç.

N = ton sayısı

Bu şekilde transistör üzerinde harcanan güç;

Pd = IcQ Vcc – Portalama olarak ifade edilir.

Lineer yükselteçlerde kullanılan bayas devreleri çıkış transistörünün gücüne göre tasarlanır. Eğer düşük güç transistörleri kullanılıyorsa aşağıdaki devre yeterli olabilir.

Eğer kullandığımız çıkış transistörü fazla güç verecek ise aşağıdaki devreyi kullanmak daha uygun olacaktır.

Güç transistörlerinin beta değerleri genellikle azdır. Bu nedenle Ib akımları yüksek olabilir. Yukarıdaki devrede bulunan transistör fazla Ib akımlarını karşılamak için kullanılmaktadır.

Her iki devredeki diyot yada diyotlar VB gerilimini sınırlamak için kullanılmaktadır. P1ayarlı direnci Ib akımını yada IcQ akımını ayarlamak için kullanılmaktadır. RFC ise daha önce de söylediğim gibi girişe uygulanan RF sinyalin bayas devresi üzerinden kısa devre olmasını engellemek için kullanılmaktadır.

A sınıfı RF Yükseltecine Örnek;

Yukarıdaki devreyi açıklarken ses frekans yükselteçlerinden gerek devrede kullanılan malzemeler ve özellikleri bakımından ne kadar farklı olduğunu göreceksiniz.

Devrenin girişinde kullanılan C1, C2 ve L1 elemanları girişe bağlanacak olan RF kaynağının çıkış empedansının transistörün giriş empedansına çalışma frekansında uydurmaya yarar. Bu devre kullanılmazsa RF kaynağının empedansı ile transistörün giriş empedansı birbirine uygun olmadığı için devre iyi çalışmayacaktır. Bildiğiniz gibi elektrikte maksimum güç transferi için empedanslar eşit olmalı. Çıkış da yer alan L2, C5 ve C6 kapasiteleri ise transistörün çıkış empedansını anten devresine (anten kablosu ve anten dahil) uydurmaya yarar. RFC ler RF sinyalin besleme gerilimi ve bayas voltajı üzerinden kısa devre olmasını engeller. C3 ve C4kondansatörleri ise besleme kaynaklarından gelebilecek olan bozucu AC sinyallerin devreye girmesine engel olmak için kullanılmaktadır.

Şimdi devre ile ilgili formülleri ve elemanların nasıl hesaplandığını bir örnekle açıklayalım;
Bu devremiz örneğin 30MHz de 13W güç verecek bir Lineer yükselteç olarak tasarlanmış olsun. Kullanılan transistörün giriş empedansı (1,7 – j1) olsun.

L1 için ;

Bobinin Q faktörü biraz geniş olması için 7 seçilsin. L1 bobinin reaktansı ;

XL1= (Q . Rin) + XCin

Burada Rin transistörün giriş direnci olup 1,7 ohm Xcin transistörün giriş empedansının sanal tarafı olup 1 ohm dur.

XL1 = ( 7 . 1,7 ) + 1
XL1 = 12.9 ohm

L1= XL1 / ( 2 . pi . f ) = 12,9 / ( 2 . pi . 3 . 107 )
L1 = 68,4 nH bulunur.

C1 için;

XC1= RL . /¯ ( Rin . (1 + Q2 ) / RL ) – 1
Değerleri yerine koyarsak
XC1= 41,8 ohm

C1 = 1 / ( w . XC1 )
C1 = 127pF

C2 için;
XC2 = Rin . (1 + Q2) / ( Q – /¯ (Rin . ( 1 + Q2 ) / RL) -1
XC2 = 13,8 ohm

C2 = 1 / ( w . XC2 )
C2 = 385pF bulunur.

Bulunan C1, C2 ve L1 değerindeki malzemeleri tam olarak bulmak mümkün değildir. Bu nedenle trimmer kondansatör ve ayarlı bobin kullanmak gereklidir.

Yükseltecin 13W gücünde olacağını söylemiştim. A sınıfı Lineer yükselteçte en çok %50 verim alınacağına göre transistör üzerinde normal ısıl şartlarda Pdmax 30W harcanacağını düşünelim.

Besleme voltajı 12,5V olduğuna göre sessizlik akımı IcQ;

IcQ = Pdmax / Vcc
IcQ = 30 / 12,5
IcQ = 2,4A

Kollektör yük direnci RL‘ ;

RL‘ = ( Vcc -Vsat ) / IcQ
Vsat, transistörün saturasyon voltajı 1,5V kabul edilsin.
RL‘ = ( 12,5 -1,5 ) / 2,4
RL‘ = 4,58 ohm bulunur.

Çıkış gücü ise;
Po = ( IcQ2 . RL‘ ) / 2
Po = ( 5,76 . 4,58 ) / 2
Po = 13,2 W olduğu görülür.

Çıkışa bağlanacak anten empedansımız 50 ohm olduğuna göre aradaki empedans uydurma devresinin 4,58 ohm luk kollektör empedansını 50 ohm luk anten empedansına uydurması gereklidir.

Devremiz eğer fazla harmonik üretse idi ve biz bu harmoniklerin antene gitmesini engellemek istersek o zaman devrenin Q sunun yüksek olmasını isterdik. Yüksek Q harmonikleri ortadan kaldırdığı gibi dar bantlı çıkış almamızı sağlar. Q düşük seçilirse bu kez de geniş bantlı çıkış elde ederiz. Bizim devremiz zaten A sınıfı olduğu için harmonik bileşenleri doğal olarak az. Bu nedenle harmonik endişesi olmadan Q değerini düşük seçebiliriz. Çıkış devresinin Q su 3 olsun.

Qtoplam = Qgiriş + Qçıkış
Qtoplam = 7 + 3
Qtoplam = 10

XC5 = Qçıkış . Ro
XC5 = 3 . 4,58
XC5 = 13,75 bulunur.

C5 = 1 / ( w . XC5 )
C5 = 386pF

Bulunan C5 değerinden bazı parazitik kapasite değerlerini çıkarmak gereklidir. Daha iyisi C5 i trimmer kondansatör olarak kullanırız.

C6 değeri;
XC6 = RL . /¯Ro / (RL – Ro)
XC6 = 50 . /¯4,85 / (50 – 4,85)
XC6 = 15,9 ohm

C6 = 1 / ( w . XC6 )
C6 = 334pF bulunur.

C6 yı da trimmer olarak kullanmak gereklidir.

L2 değeri;
Transistörün çıkış empedansı Xcçıkış, 3.54 ohm olsun.

XL2 = XC5 + Xcçıkış + ( ( Ro . RL ) / XC6 )
XL2 = 13,74 + 3,54 + ( (4,58 . 50 ) / 15,9 )
XL2 = 31,64 ohm

L2 = XL2 / ( 2 . pi . f ) = 31,64 / ( 2 . pi . 3 . 107)
L2 = 149 nH

Şimdide gerilim ve güç kazançlarını hesaplayalım;

AV = ß . RL‘ / Rin
Yada
AV = ( ft / fwork ) . ( RL‘ / Rin )

Burada ft transistörün kesim frekansı olup örnek olarak 100MHz alalım.

fwork transistörün çalışma frekansı olup örneğimizde 30MHz idi.

AV = ( 100 / 30 ) . ( 4,58 / 1,7 )
AV = 8,98 gerilim kazancıdır.

Gp = 20 log AV
Gp = 19 dB güç kazancı bulunur.

Burada eksik kalan taraf sadece transistörün soğutucu hesaplamalarıdır.

Benzer Yazılar

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

HI – FI Stereo Yükselteçler ve Düzenleri

HI-FI ve stereo nedir? HI-FI: HI-FI deyimi , ingilizce “high fidelity” kelimelerinin ilk iki harfleri …

Bir cevap yazın