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;

I_c = I_cq + I_oCoswt dir.

I_c = Transistörden geçen herhangi bir andaki kollektör akımı.

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

I_oCoswt = RF sinyal bileşkesi olan kollektör akımı.

Herhangi bir andaki kollektör gerilimi;

V_c = V_cc – I_o R_L‘ Coswt Buradaki R_L‘ kollektör empedansıdır.

Kollektörde harcanan güç bir miktar hesap sonunda

P_d = I_cQ V_cc – (I_o² R_L‘) / 2 olarak bulunur.

Bu yükselteçlerde giriş sinyali yokken kollektör üzerinde çok fazla güç harcanır. Yukarıdaki formülün (I_o² R_L‘) / 2 parçası sinüs sinyali uygulandığında oluşan güç harcamasıdır. Formülden de anlaşılacağı gibi giriş sinyali yokken transistör üzerinde harcanan güç artıyor.
Devrenin verimi;

n = I_o² /( 2 I_omax²) 100%

Buradan en büyük verimin %50 nin altında olduğu anlaşılıyor.

Maksimum çıkış gücü;

P_o = (V_cc I_cQ) / 2

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

P_ortalama = P.E.P / N

Burada;
P_ortalama = ortalama çıkış gücü

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

N = ton sayısı

Bu şekilde transistör üzerinde harcanan güç;

P_d = I_cQ V_cc – P_ortalama 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 I_b akımları yüksek olabilir. Yukarıdaki devrede bulunan transistör fazla I_b akımlarını karşılamak için kullanılmaktadır.

Her iki devredeki diyot yada diyotlar V_B gerilimini sınırlamak için kullanılmaktadır. P₁ayarlı direnci I_b akımını yada I_cQ 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 ;

X_L1= (Q . R_in) + X_Cin

Burada R_in transistörün giriş direnci olup 1,7 ohm X_cin transistörün giriş empedansının sanal tarafı olup 1 ohm dur.

X_L1 = ( 7 . 1,7 ) + 1
X_L1 = 12.9 ohm

L₁= X_L1 / ( 2 . pi . f ) = 12,9 / ( 2 . pi . 3 . 107 )
L₁ = 68,4 nH bulunur.

C₁ için;

X_C1= R_L . /¯ ( R_in . (1 + Q₂ ) / R_L ) – 1
Değerleri yerine koyarsak
X_C1= 41,8 ohm

C₁ = 1 / ( w . X_C1 )
C₁ = 127pF

C₂ için;
X_C2 = R_in . (1 + Q₂) / ( Q – /¯ (R_in . ( 1 + Q₂ ) / R_L) -1
X_C2 = 13,8 ohm

C₂ = 1 / ( w . X_C2 )
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 P_dmax 30W harcanacağını düşünelim.

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

I_cQ = P_dmax / V_cc
I_cQ = 30 / 12,5
I_cQ = 2,4A

Kollektör yük direnci R_L‘ ;

R_L‘ = ( V_cc -V_sat ) / I_cQ
V_sat, transistörün saturasyon voltajı 1,5V kabul edilsin.
R_L‘ = ( 12,5 -1,5 ) / 2,4
R_L‘ = 4,58 ohm bulunur.

Çıkış gücü ise;
P_o = ( I_cQ2 . R_L‘ ) / 2
P_o = ( 5,76 . 4,58 ) / 2
P_o = 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.

Q_toplam = Q_giriş + Q_çıkış
Q_toplam = 7 + 3
Q_toplam = 10

X_C5 = Q_çıkış . R_o
X_C5 = 3 . 4,58
X_C5 = 13,75 bulunur.

C₅ = 1 / ( w . X_C5 )
C₅ = 386pF

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

C₆ değeri;
X_C6 = R_L . /¯R_o / (R_L – R_o)
X_C6 = 50 . /¯4,85 / (50 – 4,85)
X_C6 = 15,9 ohm

C₆ = 1 / ( w . X_C6 )
C₆ = 334pF bulunur.

C₆ yı da trimmer olarak kullanmak gereklidir.

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

X_L2 = X_C5 + X_cçıkış + ( ( R_o . R_L ) / X_C6 )
X_L2 = 13,74 + 3,54 + ( (4,58 . 50 ) / 15,9 )
X_L2 = 31,64 ohm

L₂ = X_L2 / ( 2 . pi . f ) = 31,64 / ( 2 . pi . 3 . 107)
L₂ = 149 nH

Şimdide gerilim ve güç kazançlarını hesaplayalım;

A_V = ß . R_L‘ / R_in
Yada
A_V = ( f_t / f_work ) . ( R_L‘ / R_in )

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

f_work transistörün çalışma frekansı olup örneğimizde 30MHz idi.

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

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

Burada eksik kalan taraf sadece transistörün soğutucu hesaplamalarıdır.

Benzer Yazılar

• Yükselteçlerde Çalışma Sınıfları
• Temel Yükselteç Devreleri
• YÜKSELTEÇ
• Kaskat Yükselteç
• Transistörün Üç Temel Yükselteç Halindeki Dört Bölge Karakteristik Eğrileri
• B Sınıfı Push-Pull Yükselteci
• B-Sınıfı Yükselteçlerde Crossover Distorsiyon
• Devre Elemanlarının Hesaplanması
• RF Güç Yükselteçleri
• Güç Yükselteç Tipleri