Leistungsverstärker

Leistungsverstärker werden im Amateurfunkbereich zur Verstärkung des intern erzeugten HF-Signals aus vorherigen Stufen verwendet, um die gewünschte Ausgangsleistung des Senders zu erzielen. Hierbei unterscheidet man grundlegend in 2 Typen von HF-Verstärkern. Zum einen breitbandige HF-Verstärker, welche eine gleichbleibende Verstärkung über einen relativ breiten Frequenzbereich haben (z.B. Kurzwellenbereich $1-30 MHz$). Zum anderen selektive HF-Verstärker, welche das Maximum Ihrer Verstärkung nur in einem schmalen Frequenzbereich haben (z.B. nur in einem Amateurband des Kurzwellenbereichs).

Breitbandige HF-Verstärker erkennt man typischerweise an breitbandigen Koppeltransformatoren zwischen den einzelnen Verstärkerstufen, die nicht mittels einer Parallel- oder Serienkapazität als Schwingkreis ausgebildet sind.

Selektive HF-Verstärker erkennt man hingegen typischerweise an deren frequenzselektiver Auslegung, die durch Serien- oder Parallel-Schwingkreise im HF-Signalpfad gekennzeichnet sind.

Prüfungsfrage AF412

Welche Art von Schaltung wird im folgenden Bild dargestellt? Es handelt sich um einen ...

1. A Breitband-Gegentaktverstärker.
2. B modulierbaren Oszillator.
3. C selektiven Hochfrequenzverstärker.
4. D Breitband-Frequenzverdoppler.

Prüfungsfrage AF408

Worum handelt es sich bei dieser Schaltung?

1. A Es handelt sich um einen frequenzvervielfachenden Oszillator.
2. B Es handelt sich um einen breitbandigen NF-Verstärker.
3. C Es handelt sich um einen selektiven HF-Verstärker.
4. D Es handelt sich um einen selektiven Mischer.

Verstärker der vorgenannten Typen können auch mehrstufig durch Verkettung einzelner Stufen ausgeführt sein.

Prüfungsfrage AF413

Worum handelt es sich bei dieser Schaltung? Es handelt sich um einen...

1. A selektiven Hochfrequenzverstärker.
2. B Gegentakt-Verstärker im B-Betrieb.
3. C zweistufigen LC-Oszillator.
4. D zweistufigen Breitband-HF-Verstärker.

Zwischen Verstärkerstufen eines Leistungsverstärkers und deren Ein- und Ausgängen ist es erforderlich eine Impedanzanpassung vorzunehmen. Dies ist notwendig, damit die HF-Ausgangsimpedanz einer vorherigen Stufe auf die HF-Eingangsimpedanz der folgenden Stufe bestmöglich angepasst wird für maximale Verstärkung und minimale Verzerrungen und optimalen Wirkungsgrad (Vermeidung von Reflexionen und Nichtlinearitäten).

Die Impedanzanpassung kann entweder breitbandig durch Verwendung eines Transformators mit geeignetem Übersetzungsverhältnis oder frequenzselektiv durch einen angezapften Schwingkreis erfolgen.

Bei frequenzselektiver Anpassung gibt es zwei grundlegende Möglichkeiten diese vorzunehmen:

• durch einen induktiven Spannungsteiler (Spule mit Anzapfung und Parallelkondensator)
• durch einen kapazitiven Spannungsteiler (zwei Kondensatoren in Reihenschaltung mit Spule in Parallelschaltung)

Diese Spulen und Kondenstatoren können in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet sein (Parallel- oder Serien-kreis) um die gewünschte Impedanztransformation zu erreichen und gegebenenfalls gleichzeitig Oberwellen zu unterdrücken (Pi-Filter).

Prüfungsfrage AF409

Welchem Zweck dient die Anzapfung an X in der folgenden Schaltung?

1. A Sie bewirkt die notwendige Entkopplung für den Schwingungseinsatz der Oszillatorstufe.
2. B Sie bewirkt eine stärkere Bedämpfung des Eingangsschwingkreises.
3. C Sie dient zur Anpassung der Eingangsimpedanz dieser Stufe an die vorgelagerte Stufe.
4. D Sie ermöglicht die Dreipunkt-Rückkopplung des Oszillators.

Prüfungsfrage AF410

Welchem Zweck dienen $C_1$ und $C_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur...

1. A Unterdrückung von Oberschwingungen.
2. B Realisierung einer kapazitiven Dreipunktschaltung für den Oszillator.
3. C Verhinderung der Schwingneigung.
4. D Impedanzanpassung.

Prüfungsfrage AF414

Wozu dient der Transformator $T_1$ der folgenden Schaltung?

1. A Er dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes der Emitterschaltung an den Eingang der folgenden Emitterschaltung.
2. B Er dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes der Kollektorschaltung an den Eingang der folgenden Emitterschaltung.
3. C Er dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes der Emitterschaltung an den Eingang der folgenden Kollektorschaltung.
4. D Er dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes der Kollektorschaltung an den Eingang der folgenden PA.

Prüfungsfrage AF407

Welche Funktion haben die mit X gekennzeichneten Bauteile in der folgenden Schaltung?

1. A Sie schützen den Transistor vor unerwünschten Rückkopplungen und filtern Eigenschwingungen des Transistors aus.
2. B Sie transformieren die Ausgangsimpedanz der vorhergehenden Stufe auf die Eingangsimpedanz des Transistors.
3. C Sie dienen zur optimalen Einstellung des Arbeitspunktes für den Transistor.
4. D Sie schützen den Transistor vor thermischer Überlastung.

Prüfungsfrage AF406

Welche Funktion haben die mit X gekennzeichneten Bauteile in der folgenden Schaltung? Sie ...

1. A dienen als Sperrkreis.
2. B passen die Lastimpedanz an die gewünschte Impedanz für die Transistorschaltung an.
3. C dienen als Bandsperre.
4. D dienen der Trägerunterdrückung bei SSB-Modulation.

Prüfungsfrage AF417

Zu welchem Zweck dienen $T_1$ und $T_2$ in diesem HF-Leistungsverstärker?

1. A Zur Anpassung von 50 Ohm an die hochohmige Eingangsimpedanz der Transistoren und die niederohmige Ausgangsimpedanz der Transistoren an 50 Ohm.
2. B Zur Anpassung von 50 Ohm an die niederohmige Eingangsimpedanz der Transistoren und die niederohmige Ausgangsimpedanz der Transistoren an 50 Ohm.
3. C Zur Anpassung von 50 Ohm an die hochohmige Eingangsimpedanz der Transistoren und die hochohmige Ausgangsimpedanz der Transistoren an 50 Ohm.
4. D Zur Anpassung von 50 Ohm an die niederohmige Eingangsimpedanz der Transistoren und die hochohmige Ausgangsimpedanz der Transistoren an 50 Ohm.

Ein Pi-Filter kann Impedanzen an dessen Ein- und Ausgang durch das Verhältnis der beiden Kapazitäten anpassen. Die Spule des PI-Filters definiert zusammen mit den beiden Kapazitäten die Auslegungsfrequenz des Filters. Das PI-Filter unterdrückt gleichzeitig durch seinen Tiefpass-Charakter unerwünschte Oberwellen des Sendesignals.

Prüfungsfrage AF405

Welche Funktion hat das Ausgangs-Pi-Filter eines HF-Senders?

1. A Es dient der Verbesserung des Wirkungsgrads der Endstufe durch Änderung der ALC.
2. B Es dient der besseren Oberwellenanpassung an die Antenne.
3. C Es dient dem Schutz der Endstufe bei offener oder kurzgeschlossener Antennenbuchse.
4. D Es dient der Impedanztransformation und verbessert die Unterdrückung von Oberwellen.

Ein ähnliche Funktion hat eine LC-Schaltung hinter einem HF-Leistungsverstärker. Auch diese dient der Impedanzanpassung und gleichzeitiger Unterdrückung von Oberwellen.

Prüfungsfrage AF404

Wozu dienen LC-Schaltungen unmittelbar hinter einem HF-Leistungsverstärker? Sie dienen zur...

1. A optimalen Einstellung des Arbeitspunktes des HF-Leistungsverstärkers.
2. B frequenzabhängigen Transformation der Senderausgangsimpedanz auf die Antenneneingangsimpedanz und zur Unterdrückung von Oberschwingungen.
3. C Unterdrückung des HF-Trägers bei SSB-Modulation.
4. D Verringerung der rücklaufenden Leistung bei Fehlanpassung der Antennenimpedanz.

Der Wirkungsgrad eine HF-Leistungsverstärkers wird definiert durch das Verhältnis der vom Leistungsverstärker abgegebenen HF-Ausgangsleistung und der dem Verstärker zugeführten Gleichstrom-Versorgungsleistung.

Prüfungsfrage AF401

Wie ist der Wirkungsgrad eines HF-Verstärkers definiert?

1. A Als Verhältnis der HF-Ausgangsleistung zu der zugeführten Gleichstromleistung.
2. B Als Verhältnis der HF-Leistung zu der Verlustleistung der Endstufenröhre bzw. des Endstufentransistors.
3. C Als Erhöhung der Ausgangsleistung bezogen auf die Eingangsleistung.
4. D Als Verhältnis der Stärke der erwünschten Aussendung zur Stärke der unerwünschten Aussendungen.

Die aktiven Elemente in einem Leistungsverstärker benötigen neben der erforderlichen Betriebsspannung auch eine gleichspannungsmäßige Einstellung des Arbeitspunktes (BIAS). Dieser Arbeitspunkt wird üblicherweise durch Spannungsteiler erzeugt die aus einer stabilisierten Hilfsspannung, durch Verwendung von Trimmpotentiometern für eine optimale Einstellung, die gewünschte BIAS-Spannung an den Elementen erzeugen. Bei Betrachtung der BIAS-Spannung und deren Auswirkungen auf die Elemente der Schaltung ist die Schaltung nur gleichspannungsmäßig zu betrachten. Hierbei werden Kondensatoren als Elemente, die nur Wechselspannungen übertragen können, ignoriert. Wicklungen von Transformatoren sowie Spulen werden bei der gleichspannungsmäßigen Betrachtung als Kurzschluss gesehen.

Prüfungsfrage AF420

Die Arbeitspunkteinstellung der LDMOS-Kurzwellen-PA erfolgt mit $R_3$. Wie verändert sich der Drainstrom, wenn $R_3$ in Richtung 3 verstellt wird?

1. A Der Drainstrom in beiden Transistoren verringert sich.
2. B Der Drainstrom in beiden Transistoren erhöht sich.
3. C Der Drainstrom sinkt in $K_1$ und steigt in $K_2$.
4. D Der Drainstrom steigt in $K_1$ und sinkt in $K_2$.

Prüfungsfrage AF423

Der Ruhestrom in der dargestellten VHF-LDMOS-PA soll erhöht werden. Welche Einstellungen sind vorzunehmen?

1. A $R_1$ in Richtung GND und $R_2$ in Richtung $U_\text{BIAS}$ verstellen.
2. B $R_1$ und $R_2$ in Richtung $U_\text{BIAS}$ verstellen.
3. C $R_1$ in Richtung $U_\text{BIAS}$ und $R_2$ in Richtung GND verstellen.
4. D $R_1$ und $R_2$ in Richtung GND verstellen.

Prüfungsfrage AF424

Wie verändern sich die Drainströme in den beiden Endstufen-Transistoren, wenn der Schleifer von $R_4$ in Richtung $U_\text{BIAS}$ verstellt wird?

1. A Drainstrom in Transistor 1 steigt und Drainstrom in Transistor 2 bleibt konstant.
2. B Drainstrom in Transistor 1 steigt und Drainstrom in Transistor 2 steigt.
3. C Drainstrom in Transistor 1 sinkt und Drainstrom in Transistor 2 bleibt konstant.
4. D Drainstrom in Transistor 1 sinkt und Drainstrom in Transistor 2 sinkt.

Die Berechnung der BIAS-Spannung bei gegebener Schaltung (Frage AF421) erfolgt durch Anwendung des Ohmschen-Gesetzes unter Berücksichtigung von Parallel- und Serienschaltung von Widerständen. Wichtig bei der Betrachtung der Frage ist, dass die Gate-Anschlüsse der Transistoren Kapazitäten darstellen und somit bei gleichspannungsmäßiger Betrachtung vernachlässigbar sind.

Prüfungsfrage AF421

Wie groß ist die Gate-Source-Spannung, wenn sich der Schleifer von $R_3$ am Anschlag 1 befindet?

1. A 3,7 V
2. B 3,5 V
3. C 2,77 V
4. D 0,45 V

Bei Leistungsverstärkern ist es wichtig die einzelnen Stufen HF-Mäßig von der Betriebsspannung bestmöglich zu entkoppeln um Rückwirkungen auf andere Stufen zu vermeiden (Schwingneigung, Modulationseffekte etc.). Dazu werden die Betriebsspannungs-Zuführungen der einzelnen Stufen mit in Serie geschalteten Induktivitäten sowie Abblock-Kondensatoren nach Masse gegeneinander entkoppelt. Diese Anordnung stellt einen Tiefpass dar, da im Idealfall nur die gewünschte DC-Betriebsspannung durchgelassen wird, HF-Anteile jedoch abgeblockt werden.

Prüfungsfrage AF411

Welchem Zweck dient X in der folgenden Schaltung?

1. A Zur HF-Entkopplung
2. B Zur Wechselstromkopplung
3. C Zur Abstimmung
4. D Zur Kopplung mit der nächstfolgenden Stufe

Prüfungsfrage AF419

Zu welchem Zweck dient die Schaltung der Spule, $C_2$ und $C_3$?

1. A Sie reduziert HF-Anteile auf der Betriebsspannungsleitung.
2. B Sie wirkt als Pi-Filter für das Sendesignal.
3. C Sie reduziert Brummspannungsanteile auf dem Sendesignal.
4. D Sie reduziert Oberschwingungen auf dem Sendesignal.

Prüfungsfrage AF418

Welche Funktion trifft für die Spule, $C_2$ und $C_3$ in der Schaltung zu?

1. A Bandpass
2. B Bandsperre
3. C Tiefpass
4. D Hochpass

Prüfungsfrage AF422

Wozu dienen die mit X gekennzeichneten Spulen in der Schaltung?

1. A Sie verhindern die Entstehung von Oberschwingungen.
2. B Sie verhindern ein Abfließen der Hochfrequenz in die Spannungsversorgung.
3. C Sie dienen als Arbeitswiderstand für die Transistoren.
4. D Sie transformieren die Ausgangsimpedanz der Transistoren auf 50 Ohm.

Die HF-Eigenschaften realer Kondensatoren sind frequenzabhängig. Große Kapazitäten wie Elektrolytkondensatoren können nur bei niedrigen Frequenzen eingesetzt werden und sind im HF-Bereich nur bedingt wirksam. Um auch höhere Frequenzen durch Kondensatoren abzublocken verwendet man häufig eine Kombination aus unterschiedlichen Kondensator-Typen und Kapazitäts-Werten, die zusammen einen größeren Frequenzbereich abblocken können.

Prüfungsfrage AF415

Weshalb wurden jeweils $C_1$ und $C_2$, $C_3$ und $C_4$ sowie $C_5$ und $C_6$ parallel geschaltet?

1. A Zu einem Elektrolytkondensator muss immer ein keramischer Kondensator parallel geschaltet werden, weil er sonst bei hohen Frequenzen zerstört werden würde.
2. B Der Kondensator mit der geringen Kapazität dient zur Siebung der niedrigen und der Kondensator mit der hohen Kapazität zur Siebung der hohen Frequenzen.
3. C Der Kondensator geringer Kapazität dient jeweils zum Abblocken hoher Frequenzen, der Kondensator hoher Kapazität zum Abblocken niedriger Frequenzen.
4. D Die Kapazität nur eines Kondensators reicht bei hohen Frequenzen nicht aus.

Um die Gesamtverstärkung eines mehrstufigen Leistungsverstärkers zu ermitteln muss die Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung durch vorzeichenrichtige Subtraktion der dBm-Werte vorgenommen werden. Beispiel: Eingangsleistung $-5 dBm$, Ausgangsleistung $20 dBm$ ergibt eine Gesamtverstärkung von $25 dB$ ($20 dBm - (-5 dBm) = 25 dB$)

Prüfungsfrage AF428

Wie groß ist die Gesamtverstärkung des gesamten Sendezweigs ohne Berücksichtigung möglicher Kabelverluste?

1. A 59 dB
2. B 38 dB
3. C 48 dB
4. D 43 dB