50ohm-contents-dl/contents/slides/effektforstarkare.md

## HF-effektförstärkare

* Förstärker HF-signalen från föregående steg
* Mål: nå önskad uteffekt
* Två typer: bredbandiga och selektiva HF-förstärkare

---
### Bredbandiga HF-förstärkare

<left>
[picture:491:a_verstaerker_breitband_gegentaktverstaerker:Bredbandig push-pull-förstärkare]
</left>
<right>
* Jämn förstärkning över ett brett frekvensområde (t.ex. $\qtyrange{1}{30}{\mega\hertz}$)
* Känns igen på bredbandiga kopplingstransformatorer
* Inga parallell- eller serie-kapacitanser som svängningskrets
</right>

---
### Selektiva HF-förstärkare

<left>
[picture:778:a_verstaerker_selektiver_hf_verstaerker:Selektiv HF-förstärkare]
</left>
<right>
* Förstärkningsmaximum bara inom ett smalt område (t.ex. ett amatörband)
* Frekvensselektiv utformning
* Serie- eller parallellsvängningskretsar i HF-signalvägen
</right>

---
# Flerstegade förstärkare

<left>
[picture:764:a_verstaerker_zweistufiger_breitband_hf_verstaerker:Tvåstegs bredbandig HF-förstärkare]
</left>
<right>
* Förstärkare kan vara flerstegade genom att enskilda steg kopplas efter varandra
</right>

---
## Impedansanpassning mellan förstärkarsteg

* Behövs för maximal förstärkning, minimal distorsion och optimal verkningsgrad
* Förhindrar reflektioner och olinjäriteter

---
### Metoder för impedansanpassning

* Bredbandig anpassning med transformator med lämpligt omsättningsförhållande
* Frekvensselektiv anpassning med avtappad svängningskrets

---

[picture:765:a_anpassung_breitbandige_anpassung:Bredbandig anpassning mellan två steg med transformator med lämpligt omsättningsförhållande]

---

[picture:786:a_anpassung_mosfet:Bredbandig in- och utgångsanpassning till lågohmiga MOSFET:ar med transformatorer]

---

[picture:779:a_anpassung_induktiver_spannungsteiler:Frekvensselektiv anpassning med spole som induktiv spänningsdelare]

---

[picture:780:a_anpassung_kapazitiver_spannungsteiler:Frekvensselektiv anpassning med kondensator som kapacitiv spänningsdelare]

---

[picture:768:a_anpassung_eingang_schwingkreis:Svängningskrets med variabla kondensatorer för anpassning av inimpedansen]

---

[picture:769:a_anpassung_ausgang_schwingkreis:Svängningskrets med variabla kondensatorer för anpassning av utimpedansen]

---
### Pi-filter för impedansanpassning

* Anpassar in- och utimpedanser genom förhållandet mellan kapacitanserna
* Spolen bestämmer tillsammans med kapacitanserna avstämningsfrekvensen
* Lågpasskaraktären dämpar övertoner

---
### LC-koppling efter HF-effektförstärkare

* Används för impedansanpassning och samtidig dämpning av övertoner

---
## Verkningsgrad hos en HF-effektförstärkare

* Förhållandet mellan avgiven HF-uteffekt och tillförd likströmseffekt

---
## BIAS-spänning i effektförstärkare

<left>
[picture:786:a_verstaerker_bias_arbeitspunkt:Arbetspunktsinställning i en förstärkare med potentiometer]
</left>
<right>
* Inställning av arbetsspänning med spänningsdelare
* Finjustering med trimpotentiometer
* Likspänningsbetraktelse: ignorera kondensatorer, se spolar som kortslutning
</right>

---
### Beräkning av BIAS-spänningen

* Tillämpa Ohms lag
* Ta hänsyn till parallell- och seriekopplingar av motstånd
* Transistorernas gateanslutningar är kapacitiva och kan försummas vid likspänningsbetraktelse

--- style="font-size: smaller;"
#### Lösningsgång
<left>
* given: $U_Z = \qty{6,2}{\volt}$
* given: $R_2 = \qty{270}{\ohm}$
* given: $R_3 = \qty{220}{\ohm}$
</left>
<right>
* given: $R_4 = \qty{6,8}{\kilo\ohm}$
* given: $R_6 = \qty{150}{\ohm}$
* sökt: $U_{GS}$
</right>

<left>
<fragment>
$\begin{split}R_E &= \frac{(R_3+R_6) \cdot R_4}{(R_3 + R_6) + R_4}\\ &= \frac{(\qty{220}{\ohm} + \qty{150}{\ohm}) \cdot \qty{6,8}{\kilo\ohm}}{\qty{220}{\ohm} + \qty{150}{\ohm} + \qty{6,8}{\kilo\ohm}}\\ &= \frac{\qty{2,516}{\mega\ohm}^2}{\qty{7170}{\ohm}}\\ &= \qty{351}{\ohm}\end{split}$
</fragment>
</left>
<right>
<fragment>
$\begin{split}\frac{U_Z}{U_{GS}} &= \frac{R_2 + R_E}{R_E}\\ \Rightarrow \frac{\qty{6,2}{\volt}}{U_{GS}} &= \frac{\qty{270}{\ohm}+\qty{351}{\ohm}}{\qty{351}{\ohm}}\\ &= 1,77\\ \Rightarrow U_{GS} &= \frac{\qty{6,2}{\volt}}{1,77}\\ &= \qty{3,50}{\volt}\end{split}$
</fragment>
</right>

---
## HF-avkoppling av driftspänningen

* Förhindrar återverkningar mellan förstärkarsteg (t.ex. svängningsbenägenhet)
* Utförs med seriekopplade induktanser och avkopplingskondensatorer
* Lågpasskaraktär: DC-spänningen bevaras, HF blockeras

---

[picture:781:a_entkopplung_drossel:Drossel för att avkoppla HF från driftspänningen]

---

[picture:786:a_entkopplung_abblock_kondensatoren:Avkopplingskondensatorer för att avkoppla HF från driftspänningen med lågpasskaraktär]

---
## HF-egenskaper hos kondensatorer

* Stora kapacitanser (t.ex. elektrolytkondensatorer) kan bara användas vid låga frekvenser
* För HF-tillämpningar: kombination av olika kapacitansvärden för att täcka ett brett frekvensområde

---
## Total förstärkning hos en effektförstärkare

<left>
[picture:470:a_verstaerker_gesamtverstaerkung:Blockschema över en förstärkare med vinst och förlust per steg]
</left>
<right>
* Bestäms som skillnaden mellan ut- och ineffekt
* Beräkning genom teckenriktig subtraktion av dBm-värdena
</right>

---
#### Lösningsgång

* given: $P_1 = \qty{0,3}{\milli\watt}$ eller $\qty{-5}{\dBm}$
* given: $P_2 = \qty{20}{\watt}$ eller $\qty{43}{\dBm}$
* sökt: $g$

<left>
<fragment>
$\begin{split}g &= P_2 - P_1\\ &= \qty{43}{\dBm} - (\qty{-5}{\dBm})\\ &= \qty{43}{\dBm} + \qty{5}{\dBm}\\ &= \qty{48}{\dB}\end{split}$
</fragment>
</left>
<right>
<fragment>
$\begin{split}g &= \qty{10 \cdot \log_{10}{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}}{\dB}\\ &= \qty{10 \cdot \log_{10}{\left(\frac{\qty{20}{\watt}}{\qty{0,3}{\milli\watt}}\right)}}{\dB} \\ &\approx \qty{48}{\dB}\end{split}$
</fragment>
</right>