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HF-Leistungsverstärker

• Verstärken das HF-Signal aus vorherigen Stufen
• Ziel: Erreichen der gewünschten Ausgangsleistung
• Zwei Typen: Breitbandige und selektive HF-Verstärker

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Breitbandige HF-Verstärker

[picture:491:a_verstaerker_breitband_gegentaktverstaerker:Breitband-Gegentaktverstärker] * Gleichmäßige Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich (z. B. 1-30 MHz) * Erkennbar an breitbandigen Koppeltransformatoren * Keine Parallel- oder Serienkapazitäten als Schwingkreis

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[question:AF412]

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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 Parallel-Schwingkreisen im HF-Signalpfad

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[question:AF408]

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Mehrstufige Verstärker

[picture:764:a_verstaerker_zweistufiger_breitband_hf_verstaerker:Zweistufiger Breitband-HF-Verstärker] * Verstärker können mehrstufig durch Verkettung einzelner Stufen ausgeführt sein

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[question:AF413]

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Impedanzanpassung zwischen Verstärkerstufen

• Notwendig für maximale Verstärkung, minimale Verzerrung und optimalen Wirkungsgrad
• Verhindert Reflexionen und Nichtlinearitäten

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Methoden der Impedanzanpassung

• Breitbandige Anpassung durch Transformator mit geeignetem Übersetzungsverhältnis
• Frequenzselektive Anpassung durch angezapften Schwingkreis

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[picture:765:a_anpassung_breitbandige_anpassung:Breitbandige Anpassung zwischen zwei Stufen mittels Transformator mit geeignetem Übersetzungsverhältnis]

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[question:AF414]

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[picture:786:a_anpassung_mosfet:Breitbandige Ein- und Ausgangs-Anpassung auf niederohmige MOSFETs mittels Transformatoren]

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[question:AF417]

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[picture:779:a_anpassung_induktiver_spannungsteiler:Frequenzselektive Anpassung mit Spule als induktiver Spannungsteiler]

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[question:AF409]

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[picture:780:a_anpassung_kapazitiver_spannungsteiler:Frequenzselektive Anpassung mit Kondensator als kapazitiver Spannungsteiler]

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[question:AF410]

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[picture:768:a_anpassung_eingang_schwingkreis:Schwingkreis mit veränderbaren Kondensatoren zur Anpassung der Eingangsimpedanz]

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[question:AF407]

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[picture:769:a_anpassung_ausgang_schwingkreis:Schwingkreis mit veränderbaren Kondensatoren zur Anpassung der Ausgangsimpedanz]

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[question:AF406]

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Pi-Filter zur Impedanzanpassung

• Passt Ein- und Ausgangsimpedanzen durch Verhältnis der Kapazitäten an
• Spule definiert mit den Kapazitäten die Auslegungsfrequenz
• Tiefpass-Charakter unterdrückt Oberwellen

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[question:AF405]

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LC-Schaltung hinter HF-Leistungsverstärker

• Dient zur Impedanzanpassung und gleichzeitiger Unterdrückung von Oberwellen

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[question:AF404]

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Wirkungsgrad eines HF-Leistungsverstärkers

• Verhältnis zwischen abgegebener HF-Ausgangsleistung und zugeführter Gleichstrom-Versorgungsleistung

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[question:AF401]

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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

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[question:AF420]

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[question:AF423]

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[question:AF424]

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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

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[question:AF421]

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Lösungsweg

* gegeben: $U_Z = 6,2V$ * gegeben: $R_2 = 270Ω$ * gegeben: $R_3 = 220Ω$ * gegeben: $R_4 = 6,8kΩ$ * gegeben: $R_6 = 150Ω$ * gesucht: $U_{GS}$ $\begin{split}R_E &= \frac{(R_3+R_6) \cdot R_4}{(R_3 + R_6) + R_4}\\ &= \frac{220Ω + 150Ω) \cdot 6,8kΩ}{220Ω + 150Ω + 6,8kΩ}\\ &= \frac{2,516MΩ^2}{7170Ω}\\ &= 351Ω\end{split}$ $\begin{split}\frac{U_Z}{U_{GS}} &= \frac{R_2 + R_E}{R_E}\\ \Rightarrow \frac{6,2V}{U_{GS}} &= \frac{270Ω+351Ω}{351Ω}\\ &= 1,77\\ \Rightarrow U_{GS} &= \frac{6,2V}{1,77}\\ &= 3,50V\end{split}$

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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

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[picture:781:a_entkopplung_drossel:Drossel zur Entkopplung der HF von der Betriebsspannung]

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[question:AF411]

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[question:AF422]

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[picture:786:a_entkopplung_abblock_kondensatoren:Abblock-Kondensatoren zur Entkopplung der HF von der Betriebsspannung mit Tiefpass-Charakter]

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[question:AF419]

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[question:AF418]

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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

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[question:AF415]

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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

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[question:AF428]

Lösungsweg

• gegeben: P_1 = 0,3mW oder -5dBm
• gegeben: P_2 = 20W oder 43dBm
• gesucht: g

$\begin{split}g &= P_2 - P_1\\ &= 43dBm - (-5dBm)\\ &= 43dBm + 5dBm\\ &= 48dB\end{split}$ $\begin{split}g &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_2}{P_1})}dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{20W}{0,3mW})}dB \\ &\approx 48dB\end{split}$