6.4 KiB
HF-Leistungsverstärker
- Verstärken das HF-Signal aus vorherigen Stufen
- Ziel: Erreichen der gewünschten Ausgangsleistung
- Zwei Typen: Breitbandige und selektive HF-Verstärker
Breitbandige HF-Verstärker
[picture:491:a_verstaerker_breitband_gegentaktverstaerker:Breitband-Gegentaktverstärker] * Gleichmäßige Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich (z. B. $\qtyrange{1}{30}{\mega\hertz}$) * Erkennbar an breitbandigen Koppeltransformatoren * Keine Parallel- oder Serienkapazitäten als Schwingkreis[question:AF412]
Selektive HF-Verstärker
[picture:778:a_verstaerker_selektiver_hf_verstaerker:Selektiver HF-Verstärker] * Verstärkungsmaximum nur in einem schmalen Bereich (z. B. ein Amateurband) * Frequenzselektive Auslegung * Verwendung von Serien- oder Parallelschwingkreisen im HF-Signalpfad[question:AF408]
Mehrstufige Verstärker
[picture:764:a_verstaerker_zweistufiger_breitband_hf_verstaerker:Zweistufiger Breitband-HF-Verstärker] * Verstärker können mehrstufig durch Verkettung einzelner Stufen ausgeführt sein[question:AF413]
Impedanzanpassung zwischen Verstärkerstufen
- Notwendig für maximale Verstärkung, minimale Verzerrung und optimalen Wirkungsgrad
- Verhindert Reflexionen und Nichtlinearitäten
Methoden der Impedanzanpassung
- Breitbandige Anpassung durch Transformator mit geeignetem Übersetzungsverhältnis
- Frequenzselektive Anpassung durch angezapften Schwingkreis
[picture:765:a_anpassung_breitbandige_anpassung:Breitbandige Anpassung zwischen zwei Stufen mittels Transformator mit geeignetem Übersetzungsverhältnis]
[question:AF414]
[picture:786:a_anpassung_mosfet:Breitbandige Ein- und Ausgangs-Anpassung auf niederohmige MOSFETs mittels Transformatoren]
[question:AF417]
[picture:779:a_anpassung_induktiver_spannungsteiler:Frequenzselektive Anpassung mit Spule als induktiver Spannungsteiler]
[question:AF409]
[picture:780:a_anpassung_kapazitiver_spannungsteiler:Frequenzselektive Anpassung mit Kondensator als kapazitiver Spannungsteiler]
[question:AF410]
[picture:768:a_anpassung_eingang_schwingkreis:Schwingkreis mit veränderbaren Kondensatoren zur Anpassung der Eingangsimpedanz]
[question:AF407]
[picture:769:a_anpassung_ausgang_schwingkreis:Schwingkreis mit veränderbaren Kondensatoren zur Anpassung der Ausgangsimpedanz]
[question:AF406]
Pi-Filter zur Impedanzanpassung
- Passt Ein- und Ausgangsimpedanzen durch Verhältnis der Kapazitäten an
- Spule definiert mit den Kapazitäten die Auslegungsfrequenz
- Tiefpass-Charakter unterdrückt Oberwellen
[question:AF405]
LC-Schaltung hinter HF-Leistungsverstärker
- Dient zur Impedanzanpassung und gleichzeitiger Unterdrückung von Oberwellen
[question:AF404]
Wirkungsgrad eines HF-Leistungsverstärkers
- Verhältnis zwischen abgegebener HF-Ausgangsleistung und zugeführter Gleichstrom-Versorgungsleistung
[question:AF401]
BIAS-Spannung in Leistungsverstärkern
[picture:786:a_verstaerker_bias_arbeitspunkt:Arbeitspunktverstellung in einem Verstärker durch ein Poti] * Betriebsspannungseinstellung durch Spannungsteiler * Feineinstellung über Trimmpotentiometer * Gleichspannungsbetrachtung: Kondensatoren ignorieren, Spulen als Kurzschluss betrachten[question:AF420]
[question:AF423]
[question:AF424]
Berechnung der BIAS-Spannung
- Anwendung des Ohmschen Gesetzes
- Berücksichtigung von Parallel- und Serienschaltungen von Widerständen
- Gate-Anschlüsse der Transistoren sind kapazitiv und bei Gleichspannungsbetrachtung vernachlässigbar
[question:AF421]
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Lösungsweg
* gegeben: $U_Z = \qty{6,2}{\volt}$ * gegeben: $R_2 = \qty{270}{\ohm}$ * gegeben: $R_3 = \qty{220}{\ohm}$ * gegeben: $R_4 = \qty{6,8}{\kilo\ohm}$ * gegeben: $R_6 = \qty{150}{\ohm}$ * gesucht: $U_{GS}$ $\begin{split}R_E &= \frac{(R_3+R_6) \cdot R_4}{(R_3 + R_6) + R_4}\\ &= \frac{(\qty{220}{\ohm} + \qty{150}{\ohm}) \cdot \qty{6,8}{\kilo\ohm}}{\qty{220}{\ohm} + \qty{150}{\ohm} + \qty{6,8}{\kilo\ohm}}\\ &= \frac{\qty{2,516}{\mega\ohm}^2}{\qty{7170}{\ohm}}\\ &= \qty{351}{\ohm}\end{split}$ $\begin{split}\frac{U_Z}{U_{GS}} &= \frac{R_2 + R_E}{R_E}\\ \Rightarrow \frac{\qty{6,2}{\volt}}{U_{GS}} &= \frac{\qty{270}{\ohm}+\qty{351}{\ohm}}{\qty{351}{\ohm}}\\ &= 1,77\\ \Rightarrow U_{GS} &= \frac{\qty{6,2}{\volt}}{1,77}\\ &= \qty{3,50}{\volt}\end{split}$HF-Entkopplung der Betriebsspannung
- Verhindert Rückwirkungen zwischen Verstärkerstufen (z. B. Schwingneigung)
- Umsetzung durch in Serie geschaltete Induktivitäten und Abblock-Kondensatoren
- Tiefpass-Charakter: DC-Spannung bleibt erhalten, HF wird abgeblockt
[picture:781:a_entkopplung_drossel:Drossel zur Entkopplung der HF von der Betriebsspannung]
[question:AF411]
[question:AF422]
[picture:786:a_entkopplung_abblock_kondensatoren:Abblock-Kondensatoren zur Entkopplung der HF von der Betriebsspannung mit Tiefpass-Charakter]
[question:AF419]
[question:AF418]
HF-Eigenschaften von Kondensatoren
- Große Kapazitäten (z. B. Elektrolytkondensatoren) nur bei niedrigen Frequenzen einsetzbar
- Für HF-Anwendungen Kombination verschiedener Kapazitätswerte zur Abdeckung eines breiten Frequenzbereichs
[question:AF415]
Gesamtverstärkung eines Leistungsverstärkers
[picture:470:a_verstaerker_gesamtverstaerkung:Blockschaltbild eines Verstärkers mit Gewinn und Verlust je Stufe] * Ermittelt durch Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung * Berechnung über vorzeichenrichtige Subtraktion der dBm-Werte[question:AF428]
Lösungsweg
- gegeben:
P_1 = \qty{0,3}{\milli\watt}oder\qty{-5}{\dBm} - gegeben:
P_2 = \qty{20}{\watt}oder\qty{43}{\dBm} - gesucht:
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