refactor: leistungsverstärker

contents/solutions/AF417.md

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+Bei dieser Frage darf man sich nicht von der bekannten Eigenschaft eines Feldeffekttransistors täuschen lassen: Bei Gleichspannung ist das Gate praktisch stromlos und besitzt daher eine sehr hohe Eingangsimpedanz. Bei hohen Frequenzen spielen jedoch die parasitären Kapazitäten des Transistors eine wichtige Rolle, insbesondere die Kapazitäten zwischen Gate und Source sowie zwischen Gate und Drain. Ihr kapazitiver Blindwiderstand wird mit steigender Frequenz kleiner, sodass am Gate ein HF-Strom fließen kann. Bei HF-Leistungstransistoren kann die Eingangsimpedanz deshalb deutlich niedriger sein als man es von der Gleichstrombetrachtung eines FETs erwarten würde. Der Eingangstransformator $T_1$ dient daher zur Anpassung der $\qty{50}{\ohm}$ an die niederohmige Eingangsimpedanz der Transistoren. Und der Ausgangstransformator $T_2$ dient zur Anpassung der niederohmigen Ausgangsimpedanz der Transistoren an die $\qty{50}{\ohm}$ des nachfolgenden Senders.

contents/solutions/AF420.md

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+Mit dem Potentiometer $R_3$ wird die Gate-Vorspannung und damit der Arbeitspunkt der beiden LDMOS-Transistoren eingestellt.
+
+Wird der Schleifer von $R_3$ in Richtung 3 bewegt, nähert er sich dem Massepotential. Dadurch wird die Gate-Spannung kleiner. Die Gate-Source-Spannung $U_\mathrm{GS}$ beider Transistoren nimmt ab und die Transistoren leiten weniger stark.
+
+Der Drainstrom verringert sich somit in beiden Transistoren.

contents/solutions/AF421.md

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+Die Z-Diode stabilisiert die Spannung am linken Anschluss von $R_2$ auf
+
+$U_Z=\qty{6,2}{\volt}$
+
+Befindet sich der Schleifer von $R_3$ am Anschlag 1, ist der Schleifer direkt mit dem oberen Anschluss von $R_3$ verbunden. Von diesem Punkt nach Masse liegen zwei Zweige parallel:
+
+$R_4=\qty{6,8}{\kilo\ohm}$
+
+und
+
+$R_3+R_6=\qty{220}{\ohm}+\qty{150}{\ohm}=\qty{370}{\ohm}$
+
+Der Ersatzwiderstand nach Masse beträgt damit:
+
+$R_\mathrm{u}=R_4\parallel(R_3+R_6)$
+
+$R_\mathrm{u}=\frac{\qty{6800}{\ohm}\cdot\qty{370}{\ohm}}{\qty{6800}{\ohm}+\qty{370}{\ohm}}\approx\qty{351}{\ohm}$
+
+Nun ist auch $R_2=\qty{270}{\ohm}$ zu berücksichtigen. $R_2$ und $R_\mathrm{u}$ bilden an der stabilisierten Spannung von $\qty{6,2}{\volt}$ einen Spannungsteiler:
+
+$U_\mathrm{G}=\qty{6,2}{\volt}\cdot\frac{\qty{351}{\ohm}}{\qty{270}{\ohm}+\qty{351}{\ohm}}\approx\qty{3,5}{\volt}$
+
+Da die Source-Anschlüsse der Transistoren auf Masse liegen, entspricht die Gate-Spannung gleichzeitig der Gate-Source-Spannung:
+
+$U_\mathrm{GS}\approx\qty{3,5}{\volt}$
+
+Die Gate-Source-Spannung beträgt somit ungefähr $\qty{3,5}{\volt}$.
+
+Übrigens: 
+
+Der Widerstand $R_5=\qty{51}{\ohm}$ beeinflusst die Gleichspannung am Gate praktisch nicht, da in das Gate des LDMOS-Transistors nahezu kein Gleichstrom fließt. Für das HF-Signal ist $R_5$ jedoch wichtig: Er bedämpft zusammen mit der Gate-Kapazität mögliche hochfrequente Schwingungen und verbessert damit die Stabilität des Verstärkers.
+
+Der Widerstand $R_4=\qty{6,8}{\kilo\ohm}$ sorgt dafür, dass das Gate auch bei einer Unterbrechung der Arbeitspunkteinstellung ein definiertes Potential gegen Masse besitzt. Er entlädt außerdem die Gate-Kapazität und verhindert damit, dass der Transistor durch ein frei schwebendes Gate unbeabsichtigt leitend wird. Da $R_4$ parallel zum unteren Zweig des Spannungsteilers liegt, muss er bei der genauen Berechnung der Gate-Spannung berücksichtigt werden.

contents/solutions/AF423.md

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+Mit $R_1$ und $R_2$ werden die Gate-Vorspannungen und damit die Arbeitspunkte der beiden LDMOS-Transistoren getrennt eingestellt.
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+Werden die Schleifer von $R_1$ und $R_2$ jeweils in Richtung $U_\mathrm{BIAS}$ verstellt, steigt die Gate-Spannung der zugehörigen Transistoren. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung $U_\mathrm{GS}$ größer und die Transistoren leiten stärker.
+
+Um den Ruhestrom der Endstufe zu erhöhen, müssen daher sowohl $R_1$ als auch $R_2$ in Richtung $U_\mathrm{BIAS}$ verstellt werden.

contents/solutions/AF424.md

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+Mit dem Potentiometer $R_4$ wird die Gate-Vorspannung und damit der Arbeitspunkt von Transistor 1 eingestellt.
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+Wird der Schleifer von $R_4$ in Richtung $U_\mathrm{BIAS}$ verstellt, steigt die Gate-Spannung von Transistor 1. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung $U_\mathrm{GS}$ größer und Transistor 1 leitet stärker. Sein Drainstrom steigt.
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+Der Arbeitspunkt von Transistor 2 wird über den separaten Einstellwiderstand im unteren Zweig bestimmt und durch $R_4$ nicht beeinflusst. Sein Drainstrom bleibt daher konstant.

contents/solutions/AF428.md

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+Die Gesamtverstärkung des Sendezweigs ergibt sich aus der Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung in dBm.
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+Am Eingang des Verstärkerzweigs liegen
+
+$P_\mathrm{in}=\qty{-5}{\decibelmilliwatt}$
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+an, am Ausgang
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+$P_\mathrm{out}=\qty{43}{\decibelmilliwatt}$.
+
+Damit beträgt die Gesamtverstärkung:
+
+$G=P_\mathrm{out}-P_\mathrm{in}=\qty{43}{\decibelmilliwatt}-\left(\qty{-5}{\decibelmilliwatt}\right)=\qty{48}{\decibel}$
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+Die Gesamtverstärkung des Sendezweigs beträgt somit $\qty{48}{\decibel}$.