Amplificador de potência OpRF II

Trata-se de um novo amplificador de potência para aplicações de rádio-frequência, baseado em amplificadores operacionais. O projecto em si resulta de uma evolução do OpRF apresentado no post de 19 de Fevereiro, com a diferença de que este novo amplificador cobre uma faixa de frequências muito maior. O OpRF II não só cobre as bandas de 2200, 630 e 160 metros à semelhança do seu antecessor, como também opera nos 80 e 40 metros sem que haja necessidade de atenuar o sinal de entrada. Adicionalmente, atenuando o mesmo sinal a uma potência de -10dBm, é possível também abranger as bandas de 20, 17, 15, 12 e 10 metros. O OpRF II apresenta um ganho de 30,9dB e uma potência de saída de 1,22W.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 9,54V
– V _{d. máx.} = 16,77V
– V _{in. máx.} = 1,76V_rms (17,92dBm)
– Z _{L out. mín.} = 50Ω

Características eléctricas:
– I _d. (V _d. = 10V, Z _{L out.} = 50Ω) = 410,9mA
– I _d. (V _d. = 16V, Z _{L out.} = 50Ω) = 252,5mA
– P (V _d. = 10V, Z _{L out.} = 50Ω) = 4,109W
– P (V _d. = 16V, Z _{L out.} = 50Ω) = 4,039W

Características de amplificação:
– Impedância de entrada (Z _L in.): 49,9Ω
– Sensibilidade de entrada (F _in < 10MHz): 224mV_rms (0dBm)
– Ganho: 30,9dB (35,0V/V)
– Resposta em frequência (-3dB): 15,9-96200Khz
– Ruído (Z _{L out.} = 50Ω): 675µV_rms
– Relação sinal-ruído (SNR_dB): 81,3dB
– Impedância de saída (Z _{S out.}): 5,6Ω
– Potência de saída (Z _{L out.} = 50Ω): 1,22W

O circuito é algo semelhante ao do OpRF, apenas com diferenças fundamentais nas etapas de amplificação. Ao invés do THS4012, as etapas de pré-amplificação e amplificação final do OpRF II empregam o THS3092 (IC3), um amplificador operacional duplo, também da Texas Instruments. Fundamentalmente, trata-se de dois amplificadores operacionais em que a realimentação do sinal é feita em corrente e não em tensão, pelo que a largura de banda dos mesmos não fica limitada consoante o ganho. Apesar disso, a topologia da etapa de pré-amplificação é muito semelhante à que foi aplicada no OpRF.

No entanto, é na etapa final onde as diferenças são mais notáveis. Como anteriormente, esta etapa faz uso da segunda metade do amplificador operacional anterior, e também apresenta o mesmo ganho da etapa de pré-amplificação. Porém, utiliza dois integrados BUF634A em paralelo, localizados em IC4 e IC5. Tal configuração, embora pouco ortodoxa, é perfeitamente viável com estes integrados. Isto permite distribuir a corrente de saída, o que melhora o desempenho térmico do amplificador.

A alimentação das etapas anteriores é feita pelo TEL 8-1223 (IC1), um conversor DC-DC da Traco. Este modelo específico produz uma tensão simétrica e regulada de ±15V, oferecendo até 265mA de corrente e isolamento galvânico. À saída do conversor foram aplicados dois filtros pi, um por barramento, de modo a filtrar as tensões que irão alimentar as etapas de amplificação. Esta solução é, aliás, idêntica à implementada no OpRF.

Quanto a medidas de protecção, o circuito integra medidas contra sobre-tensões, polaridade inversa e sobre-corrente. O circuito crowbar com SCR, constituído pelo tirístor Q1 e por D3, C1 e R1, protege todo o circuito contra sobre-tensões na alimentação, sendo esta protecção complementada por D1 que salvaguarda contra transientes. Já a protecção contra polaridade inversa é feita por D2, em conjunção com o díodo anterior. Por seu turno, F1 protege contra sobre-corrente na alimentação, auxiliando também as protecções anteriores. Em adição, o circuito também inclui medidas de protecção contra descargas electroestáticas na entrada e na saída, feitas respectivamente por IC2 e D6, servindo os díodos D4 e D5 para suprimir eventuais picos reencaminhados pela acção de D6.

Lista de componentes:
C1/9 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2 – Condensador de electrólito sólido PLF1E470MDO2;
C3-6 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 25V (0805);
C7/8/11/12/14/15 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 25V (0805);
C10/13 – Condensador de electrólito sólido PLF1E100MCL7;
D1 – Díodo TVS SMAJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky SS23;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4/5 – Díodo TVS SMF15A;
D6 – Díodo Schottky BAS40-04;
F1 – Fusível PPTC 1812L075/24;
IC1 – Conversor DC-DC isolado TEL 8-1223;
IC2 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG-C;
IC3 – Amplificador operacional THS3092 (THS3092D);
IC4 – Buffer analógico BUF634A (BUF634AID);
J1 – Receptáculo de alimentação Switchcraft RAPC722X;
J2/3 – Conector BNC Amphenol RF 132136;
L1/2 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Tirístor SCR NYC222STT1G;
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805);
R3/6 – Resistor de filme espesso 2,21KΩ±1% 1/8W (0805);
R4/7 – Resistor de filme espesso 422Ω±1% 1/8W (0805);
R5 – Resistor de filme espesso 1KΩ±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 5,6Ω±5% 2W (0805).

O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Como tem sido costume, recomendo que a placa seja encomendada pelo OSH Park, dado que a mesma foi concebida tendo em consideração as especificações deste serviço. Todavia, pode utilizar outro serviço de fabrico, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm. O stackup e materiais devem ser idênticos na medida do possível.

A montagem da placa requer algum equipamento especializado. A salientar, os componentes SMD devem ser soldados por refusão com ar quente, utilizando primeiro um stencil para aplicar a pasta de solda. Os restantes componentes, sendo through-hole, podem ser soldados com um ferro de soldar.

Para finalizar, a caixa recomendada para este projecto é a Hammond 1455D801. Trata-se de uma caixa em alumínio anodizado que está disponível em várias cores. A furação das tampas deve ser feita de acordo com o guia de furação. Para mais detalhes, recomendo a leitura das notas do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/szfs...r1re
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/y7b9...srtn
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/wyes...fo6h
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/wn0w...g6kn
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/srdd...kaqz
Guia de furação: https://app.box.com/s/pwuc...auqx
Notas do projecto: https://app.box.com/s/2w6z...n2w7
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/248a...g9k7
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/2UaBtHpo

Versão corrigida da aplicação de configuração

No post anterior disponibilizei a versão 1.1 da aplicação de configuração para o CP2130 da Silicon Labs. Entretanto, verifiquei que essa versão ainda tinha alguns erros, e um deles até foi introduzido ao corrigir os problemas da versão original. Convém referir que estes erros foram apenas detectados durante uma análise ao código-fonte, pois não afectam o funcionamento da aplicação num caso de utilização normal.

Posto isto, disponibilizo aqui a versão 1.2, que é a versão mais recente desta aplicação de configuração. Tal como no caso anterior, a mesma está disponível através dos links abaixo. O primeiro link aponta para o pacote contendo o código-fonte e os scripts de instalação, ao passo que o segundo link aponta para o pacote contendo uma AppImage já pronta a executar.

Links importantes:
Aplicação de configuração: https://app.box.com/s/fg4d...ckdu
Aplicação de configuração (AppImage): https://app.box.com/s/ulj2...dfec