Pra aktiku um - Ing. H. Heuermann

Leistun
ngsverstärker
Aufbau eines HF - Verstärkers der Klasse AB
Praktikum
Mikrowellentechnik ( MWT) )
Prof.
Dr.-Ing. H.
Heuermann
Fachhochschule
Aachenn
FB5,
Elektrotechnik
u. Informationsverarbeitung
Master-Studiengang Nachrichtentechnik

Inhalt
1. Einleitung und Motivation ...................................................... - 3 -
2. Grundlagen ......................................................................... - 3 -
3. Aufbau ............................................................................... - 4 -
3.1. Der Leistungstransistor ......................................................... - 4 -
3.2. Schaltung ........................................................................... - 4 -
3.3. Pinch-Off Spannung ............................................................. - 5 -
3.4. Matching des Ein- und Ausgangs ............................................ - 6 -
3.5. Oberwellenverhalten ............................................................ - 8 -
4. Fazit .................................................................................. - 8 -
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1. Einleitung und Motivation
Bei diesem Praktikumsversuch soll ein Leistungsverstärker im
Hochfrequenzbereich bei 2.4GHz aufgebaut und optimiert werden. Die
Optimierung soll nicht in Hinblick auf optimale Anpassung (konjugiert
komplexe Anpassung) erfolgen. Vielmehr soll der Leistungsverstärker so
ausgelegt werden, dass die maximale Leistung von ca.10W - 12W
entnommen werden kann (Leistungsanpassung).
2. Grundlagen
Bei Leistungsverstärkern steht eine hohe Ausgangsleistung im
Vordergrund und die Spannungsverstärkung spielt eine untergeordnete
Rolle. In der Regel liegt die Spannungsverstärkung der Leistungsendstufen
in der Größenordnung von Eins. Die Leistungsverstärkung kommt
hauptsächlich durch eine Stromverstärkung zustande.
Der AB-Leistungsverstärker wird üblicherweise mit 2 komplementären
Transistoren aufgebaut, von denen jeder einen Spannungsbereich (positiv
oder negativ) Verstärkt. Das liegt daran, dass der Arbeitspunkt der
Transistoren im AB-Betrieb kurz oberhalb der Pinch-Off Spannung gelegt
wird und so jeder Transistor nur eine Halbwelle des Eingangssignals
verstärken kann.
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3. Aufbau
3.1. Der Leistungstransistor
Bei dem eingesetzten
Leistungstransistor handelt es sich um
den
PTFA220121M
der Firma INFINION. Dem entsprechenden Datenblatt
können folgende Werte entnommen werden:
Max. Ausgangsleistung:
12 Watt
V DD : 28V
3.2. Schaltung
Abbildung 1: Beschaltung des Transistors
Aus obiger Abbildung kann die Beschaltung des Transistors entnommen
werden. Über die Widerstände R 1 , R 2 und die Vdc wird der Arbeitspunkt
festgelegt. Die Bauteilee C1 und L bilden
den Gamma-Transformator zur
eingangsseitigen Anpassung. Die Bauelemente
C und L3 dienen zur
entsprechendenn ausgangsseitigenn Anpassung
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3.3
Pinch-Off Spannun
ng
Abbildung 2: Spannungsverhalten im Pinch-Off Bereich
Zur Ermittlung
der Pinch-Off
Spannung, die nicht von INFINION
angegeben wurde, wurde der Arbeitspunkt des Transistors auf 2 V
eingestellt und
dann schrittweise erhöht. Dabei wurdee Peak-to-Peak
Spannung am Ausgang des Transistors gemessen
n. Wie in Abbildung 2 zu
erkennen, fängt der Arbeitsbereich bei ca. 2.5V an. Da hierr der AB-Betrieb
gewünscht ist, wurde die Basis-Emitter-Vorspannung auf 2. 6 V eingestellt.
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3.4. Matching des Ein-
und Ausgangs
Abbildung 3: Unangepasster Ein- und Ausgang
Abbildung 3 zeigt das Smith Chart der unangepassten Ein- und Ausgänge.
Um
sie anzupassen,
wurdenn
ein- und ausgangsseitig
Gamma-
die
Transformatoren verwendet (siehe Abbildung 1). In Abbildung 4 sind
Werte für angepassten Ein- und Ausgänge
zu sehen.
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Abbildung 4: Angepasster Ein- und Ausgang
Tabelle 1: S-Parameter
und PAE derr Schaltung
Tabelle 2: Stabilität des Verstärkerss
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3.5. Oberwellenverhalten
Abbildung 5: Das Spektrum der Oberwellen
4.
Fazit
Der Klasse AB Verstärker
stellt einen Kompromiss
zwischen
energieaufwändiger Klasse-A- und verzerrungsanfälliger Klasse-B-Technik
dar. Der Wirkungsgrad
ist hier höher als beim reinen r Klasse-A-Betrieb,
allerdings treten vermehrt Oberwellen auf, die auch beim Klasse-B-Betrieb
zu beobachten
sind.
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