Jean-François FOURCADIER
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Montpellier  (France)

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Amplificateur-driver linéaire
pour émission numérique dans la bande 1,2 GHz

L'amplificateur-driver à faible coût qui est décrit ici est utile pour assurer le lien entre une sortie RF modulée bas niveau (ou un mélangeur émission) et un amplificateur de puissance. Il possède un gain de 20 dB et porte le niveau du signal de 0 dBm (1 mW) à + 20 dBm (100 mW). Son excellente linéarité lui permet d'amplifier dans de bonnes conditions une porteuse modulée en phase par des signaux numériques (DPSK, QPSK, QAM, ...). Il est également utilisable pour amplifier des signaux modulés en amplitude (AM, SSB).

Constitution

L'amplificateur est constitué de trois étages équipés de transistors BFR96S. Les trois étages sont polarisés pour obtenir un fonctionnement en classe A. Un grand soin est observé pour garantir un point de fonctionnement stable.

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schéma (cliquer pour agrandir)

Un atténuateur d'entrée en pi d'impédance itérative 50 ohms permet le règlage du gain global et donc un ajustement de la puissance de sortie.

Plusieurs essais ont confirmé que le montage habituel qui fait appel à de simples résistances de base conduit à une grande dispersion des courants collecteur des transistors. Nous utiliserons donc ici, sur les trois étages, une polarisation active inspirée d'un montage proposé par Philips dans une de ses notes d'application (fichier .pdf, 238 ko). La chute de tension dans les résistances collecteurs des BFR96S est comparée à la valeur de tension fixe présente aux bornes de deux diodes en série BAV99. Le point de fonctionnement est dans ces conditions prédictible et très stable. Avec les valeurs mentionnées dans le schéma, les courants collecteurs des transistors BFR96S s'établissent chacun à 35 mA.

Dans la ligne haute fréquence, nous disposerons deux inductances et trois condensateurs ajustables céramiques de 6pF pour parfaire les adaptations et optimiser le gain ainsi que la puissance de sortie.

téléchargez la fiche technique simplifiée du transistor BFR96S (format .pdf, 13 ko)

Réalisation et réglages

Le circuit est réalisé sur du circuit imprimé double face FR4. Une face sert de plan de masse. Des liaisons de masse au moyen de fils traversant soudés sont disposées en plusieurs points entre les deux faces.

téléchargez le circuit imprimé aux formats Ares et .gif (30 ko zippé)

L'utilisation de circuits CMS permet une réalisation compacte. Les transistors PMBT2907A (marquage 2F), les diodes BAV99 (marquage A7), les condensateurs de 100 nF, sont faciles à trouver et quasi-gratuits: ils sont simplement dessoudés sur de vieilles cartes informatique ! Les transistors BFR96S se trouvent eux dans le commerce de détail pour un prix unitaire voisin de 1 euro.

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Détail du circuit de sortie:

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Le circuit imprimé dans son boîtier en fer étamé:

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Le réglage s'effectue simplement en ajustant les trois condensateurs ajustables pour obtenir le maximum de puissance en sortie. Si l'on dispose du matériel nécessaire, on appliquera à l'entrée un signal RF de fréquence 1270 MHz et de niveau -3 dBm (0,5 mW), puis on règlera les trois condensateurs ajustables pour avoir le maximum de niveau en sortie. Avec ce niveau d'entrée et en l'absence d'atténuation d'entrée, la puissance de sortie mesurée sera voisine de +20 dBm (100 mW).

Performances

Outre le gain, il est intéressant d'apprécier la linéarité, c'est à dire la relation de proportionnalité entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée, du montage. Il existe deux méthodes pour cela: on peut injecter sur l'entrée deux signaux de niveaux égaux et de fréquences voisines (par exemple 1265 MHz et 1275 MHz) et examiner à l'analyseur de spectre les raies parasites d'intermodulation produites à 1255 MHz et 1285 MHz. L'autre méthode consiste simplement à tracer la courbe donnant la puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée. On utilise pour cela un générateur et un milliwattmètre. Pour des raisons de simplicité, nous mettrons en oeuvre cette deuxième méthode et vérifierons que la courbe ne s'écarte sensiblement pas d'une droite.

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la courbe de transfert obtenue

On observe que l'écart de niveau de sortie, par rapport à la droite de référence, est inférieur à 0,2 dB dans toute la plage de puissances de sortie jusqu'à + 20 dBm, ce qui est très satisfaisant. Le gain de puissance obtenu dans les deux montages qui ont été réalisés s'établit à 23,6 dB. Le point de compression à - 1 dB est atteint pour une puissance de sortie de + 22,6 dBm (180 mW).

NB: Si on augmente encore la puissance d'entrée, on quitte un régime de fonctionnement linéaire, et on constate que la puissance de sortie peut facilement dépasser + 25 dBm (300 mW). Ce mode de fonctionnement peut être intéressant lorsqu'on utilise des modulations de type FM, mais pour une bonne fiabilité il faudra veiller au respect des données constructeur du transistor de sortie (courant collecteur, dissipation). Un ROS excessif peut également entraîner une destruction du transistor.

Conclusion

Ce petit montage faisant appel à quelques composants peu coûteux ou de récupération permet facilement d'obtenir dans la bande 1200 MHz la puissance nécéssaire à l'attaque d'un amplificateur de puissance. L'excellente linéarité obtenue autorise l'amplification de signaux numériques DPSK ou QPSK, mais aussi de signaux AM ou SSB.

 

allumons nos fers à souder !

 

 

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