Mario Haustein
9a58094239
This is not relevant in our case as it just influences equation numbering. But to be consistent we change it though.
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## HF-Leistungsverstärker
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* Verstärken das HF-Signal aus vorherigen Stufen
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* Ziel: Erreichen der gewünschten Ausgangsleistung
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* Zwei Typen: Breitbandige und selektive HF-Verstärker
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### Breitbandige HF-Verstärker
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[picture:491:a_verstaerker_breitband_gegentaktverstaerker:Breitband-Gegentaktverstärker]
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* Gleichmäßige Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich (z. B. 1-30 MHz)
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* Erkennbar an breitbandigen Koppeltransformatoren
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* Keine Parallel- oder Serienkapazitäten als Schwingkreis
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</right>
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[question:AF412]
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### Selektive HF-Verstärker
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[picture:778:a_verstaerker_selektiver_hf_verstaerker:Selektiver HF-Verstärker]
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</left>
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<right>
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* Verstärkungsmaximum nur in einem schmalen Bereich (z. B. ein Amateurband)
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* Frequenzselektive Auslegung
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* Verwendung von Serien- oder Parallel-Schwingkreisen im HF-Signalpfad
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[question:AF408]
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# Mehrstufige Verstärker
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[picture:764:a_verstaerker_zweistufiger_breitband_hf_verstaerker:Zweistufiger Breitband-HF-Verstärker]
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* Verstärker können mehrstufig durch Verkettung einzelner Stufen ausgeführt sein
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</right>
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[question:AF413]
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## Impedanzanpassung zwischen Verstärkerstufen
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* Notwendig für maximale Verstärkung, minimale Verzerrung und optimalen Wirkungsgrad
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* Verhindert Reflexionen und Nichtlinearitäten
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### Methoden der Impedanzanpassung
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* Breitbandige Anpassung durch Transformator mit geeignetem Übersetzungsverhältnis
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* 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
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* Passt Ein- und Ausgangsimpedanzen durch Verhältnis der Kapazitäten an
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* Spule definiert mit den Kapazitäten die Auslegungsfrequenz
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* Tiefpass-Charakter unterdrückt Oberwellen
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[question:AF405]
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### LC-Schaltung hinter HF-Leistungsverstärker
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* Dient zur Impedanzanpassung und gleichzeitiger Unterdrückung von Oberwellen
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[question:AF404]
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## Wirkungsgrad eines HF-Leistungsverstärkers
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* Verhältnis zwischen abgegebener HF-Ausgangsleistung und zugeführter Gleichstrom-Versorgungsleistung
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[question:AF401]
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## BIAS-Spannung in Leistungsverstärkern
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[picture:786:a_verstaerker_bias_arbeitspunkt:Arbeitspunktverstellung in einem Verstärker durch ein Poti]
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</left>
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* Betriebsspannungseinstellung durch Spannungsteiler
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* Feineinstellung über Trimmpotentiometer
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* Gleichspannungsbetrachtung: Kondensatoren ignorieren, Spulen als Kurzschluss betrachten
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</right>
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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
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* Anwendung des Ohmschen Gesetzes
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* Berücksichtigung von Parallel- und Serienschaltungen von Widerständen
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* Gate-Anschlüsse der Transistoren sind kapazitiv und bei Gleichspannungsbetrachtung vernachlässigbar
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[question:AF421]
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#### Lösungsweg
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* gegeben: $U_Z = 6,2V$
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* gegeben: $R_2 = 270Ω$
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* gegeben: $R_3 = 220Ω$
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<right>
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* gegeben: $R_4 = 6,8kΩ$
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* gegeben: $R_6 = 150Ω$
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* gesucht: $U_{GS}$
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</right>
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$\begin{split}R_E &= \frac{(R_3+R_6) \cdot R_4}{(R_3 + R_6) + R_4}\\ &= \frac{220Ω + 150Ω) \cdot 6,8kΩ}{220Ω + 150Ω + 6,8kΩ}\\ &= \frac{2,516MΩ^2}{7170Ω}\\ &= 351Ω\end{split}$
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</fragment>
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</left>
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<right>
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<fragment>
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$\begin{split}\frac{U_Z}{U_{GS}} &= \frac{R_2 + R_E}{R_E}\\ \Rightarrow \frac{6,2V}{U_{GS}} &= \frac{270Ω+351Ω}{351Ω}\\ &= 1,77\\ \Rightarrow U_{GS} &= \frac{6,2V}{1,77}\\ &= 3,50V\end{split}$
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</fragment>
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</right>
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## HF-Entkopplung der Betriebsspannung
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* Verhindert Rückwirkungen zwischen Verstärkerstufen (z. B. Schwingneigung)
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* Umsetzung durch in Serie geschaltete Induktivitäten und Abblock-Kondensatoren
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* 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
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* Große Kapazitäten (z. B. Elektrolytkondensatoren) nur bei niedrigen Frequenzen einsetzbar
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* Für HF-Anwendungen Kombination verschiedener Kapazitätswerte zur Abdeckung eines breiten Frequenzbereichs
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[question:AF415]
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## Gesamtverstärkung eines Leistungsverstärkers
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[picture:470:a_verstaerker_gesamtverstaerkung:Blockschaltbild eines Verstärkers mit Gewinn und Verlust je Stufe]
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* Ermittelt durch Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung
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* Berechnung über vorzeichenrichtige Subtraktion der dBm-Werte
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[question:AF428]
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#### Lösungsweg
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* gegeben: $P_1 = 0,3mW$ oder $-5dBm$
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* gegeben: $P_2 = 20W$ oder $43dBm$
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* gesucht: $g$
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$\begin{split}g &= P_2 - P_1\\ &= 43dBm - (-5dBm)\\ &= 43dBm + 5dBm\\ &= 48dB\end{split}$
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</fragment>
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</left>
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<right>
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<fragment>
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$\begin{split}g &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{P_2}{P_1})}dB\\ &= 10 \cdot \log_{10}{(\frac{20W}{0,3mW})}dB \\ &\approx 48dB\end{split}$
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</fragment>
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</right> |