AFu-Kurs nach DJ4UF. Technik A07: Oszillator und Hochfrequenzverstärker. Amateurfunkgruppe der TU Berlin. Stand

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1 Technik A07: und Hochfrequenzverstärker Amateurfunkgruppe der TU Berlin Stand This work is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License. Amateurfunkgruppe der Technische Universität Berlin (AfuTUB), 1 / 43

2 Verstärker Um was für eine Transistorschaltung handelt es sich? 2 / 43

3 Verstärker Emitterschaltung, da der Emitter auf dem gemeinsamen potential liegt. Phasendrehung von / 43

4 Verstärkungsbandbreiteprodukt [2] Aufgrund von Kapazitäten im Transistor geringer Welchselstromwiderstand und somit geringe Verstärkung Mit sinkender Verstärkung vergrößert sich die 4 / 43

5 Ersatzschaltbild MOSFET mit Kapazitäten [2] Probleme mit Kapazitäten im Mosfet (Gate und Drain/Source, wie Kapazitätsdioden) 5 / 43

6 Breitband Verstärker [2] Ausgangslast bei HF auch kaum noch Impedanz 6 / 43

7 Selektiver Verstärker / Schmalbandverstärker [2] Ausgangslast Teil des Schwingkreises, somit bei Sperrfrequenz hoher Widerstand 7 / 43

8 Rückgekoppelte Systeme / Schwingbedingungen [2] Eine Mitkopplung des Schnees Ein wenig Schnee beginnt und reißt immer mehr mit 8 / 43

9 Rückgekoppelte Systeme / Schwingbedingungen [2] Anschwingen eines s 9 / 43

10 Rückgekoppelte Systeme / Schwingbedingungen [2] Für Mitkopplung muss Signal phasengleich sein Für Gegenkopplung muss Signal um n 180 verschoben sein Rückkopplung muss Verluste ausgleichen Zum Anschwingen Rückkopplung größer 10 / 43

11 TTD609 A B C D Welche Bedingungen müssen zur Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in en erfüllt sein? Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im muss kleiner als 1 sein, und das entstehende signal darf auf dem Rückkopplungsweg nicht in der Phase gedreht werden. Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im muss größer als 1 sein, und das Ausgangssignal muss über den Rückkopplungsweg in der Phase so gedreht werden, dass es gegenphasig zum Ausgangspunkt zurückgeführt wird. Das an einem Schaltungspunkt betrachtete signal muss auf dem Signalweg im so verstärkt und phasengedreht werden, dass es wieder gleichphasig und mit mindestens der gleichen Amplitude zum selben Punkt zurückgekoppelt wird. Die Grenzfrequenz des verwendeten Verstärkerelements muss mindestens der Schwingfrequenz des s entsprechen, und das entstehende Eingangssignal muss über den Rückkopplungsweg wieder gegenphasig zum Eingang zurückgeführt werden. 11 / 43

12 TTD609 A B C D Welche Bedingungen müssen zur Erzeugung ungedämpfter Schwingungen in en erfüllt sein? Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im muss kleiner als 1 sein, und das entstehende signal darf auf dem Rückkopplungsweg nicht in der Phase gedreht werden. Die Schleifenverstärkung des Signalwegs im muss größer als 1 sein, und das Ausgangssignal muss über den Rückkopplungsweg in der Phase so gedreht werden, dass es gegenphasig zum Ausgangspunkt zurückgeführt wird. Das an einem Schaltungspunkt betrachtete signal muss auf dem Signalweg im so verstärkt und phasengedreht werden, dass es wieder gleichphasig und mit mindestens der gleichen Amplitude zum selben Punkt zurückgekoppelt wird. Die Grenzfrequenz des verwendeten Verstärkerelements muss mindestens der Schwingfrequenz des s entsprechen, und das entstehende Eingangssignal muss über den Rückkopplungsweg wieder gegenphasig zum Eingang zurückgeführt werden. 11 / 43

13 Meißner [2] Benannt nach Alexander Meißner, der 1913 patentierte Rückkopplung über Transformator 180 Transistor Spule = 360 verschoben 12 / 43

14 Hartley [2] Benannt nach Ralph Hartley, der 1920 patentierte Rückkopplung über Spule die wie Trafo wirkt Spannung am Gate bewirkt Strom aus Source 13 / 43

15 Colpitts Benannt nach Edwin H. Colpitts, der 1918 patentierte Rückkopplung über Kondensator Keine Phasenverschiebung da Kollektorschaltung 14 / 43

16 Colpitts Beispiel Hier Colpitts in Basisschaltung 15 / 43

17 Zusammenfassung Dreipunkt-Schaltungen Alle en möglich als Basis-, Kollektor- oder Emitter-Schaltung Benannt nach Erfinder und unterschiedliche Rückkopplungen Colpitts sehr verbreitet da simple Spule 16 / 43

18 Quarzoszillator Quarzoszillator in Basis und Kollektorschaltung 17 / 43

19 Quarzoszillator Besonderheiten Sehr frequenzstabil Betrieb in Oberschwingung mit Sperrkreis möglich Oberschwingungen sind ein Vielfaches der Grundfrequenz des Quarzes TD606 [4] 18 / 43

20 Hausaufgabe Prüfungsfragen Kapitel TD601 TD / 43

21 Pause 20 / 43

22 Blockschaltbild Verstärkung Verstärkung der Leistung in Stufen Meist höchstens 10dB Verstärkung in den Treiberstufen 21 / 43

23 Wirkungsgrad Wirkungsgrad η = P Ausgang P Versorgung 22 / 43

24 Betriebsart Transistor 1 P 1 : C-Betrieb 2 P 2 : B-Betrieb 3 P 3 : AB-Betrieb 4 P 4 : A-Betrieb TD419 [4] 23 / 43

25 Betriebsart Röhre Kennlinie mit Arbeitspunkten bei der Röhre ECC40 24 / 43

26 A-Betrieb A-Betrieb 1 Beide Halbwellen werden verstärkt 2 Hoher Verluststrom 3 Kaum Signalverzerrung 4 Einfacher Aufbau 5 Um 40% Wirkungsgrad [2] 25 / 43

27 B-Betrieb [2] B-Betrieb 1 Nur die obere Halbwelle wird verstärkt 2 Geringer Verluststrom 3 Signalverzerrung 4 Einfacher Aufbau 5 Bis 80% Wirkungsgrad 26 / 43

28 AB-Betrieb AB-Betrieb 1 Ein Transistor pro Halbwelle 2 Akzeptabler Verluststrom 3 Minimale Signalverzerrung 4 Komplizierter Aufbau 5 Bis 75% Wirkungsgrad [2] 27 / 43

29 C-Betrieb C-Betrieb 1 Nur Signalspitze wird verstärkt 2 Quasi kein Verluststrom 3 Starke Signalverzerrung 4 Einfacher Aufbau 5 Bis 87.5% Wirkungsgrad [2] 28 / 43

30 HF-Verstärkerschaltung TG237 TG240 [4] Breitband HF-Verstärker aus 2 Stufen 29 / 43

31 HF-Verstärkerschaltung Fragen TG238 Ist die Schaltung um den 2N3866 eine Basis, Emitter oder Kollektor Schaltung? Und wozu dient der Transformator? TG237 TG240 [4] 30 / 43

32 HF-Verstärkerschaltung Fragen TG238 Es handelt sich um eine Emitterschaltung. Der Transformator dient der Anpassung des Ausgangswiderstandes an den Eingang der folgenden Schaltung. TG237 TG240 [4] 30 / 43

33 HF-Verstärkerschaltung Fragen TG239 Warum sind oft zwei Kondensatoren parallel gegen Masse geschaltet? TG237 TG240 [4] 31 / 43

34 HF-Verstärkerschaltung Fragen TG239 Der Kondensator mit der geringen Kapazität dient zum Abblocken der hohen und der Kondensator mit der hohen Kapazität zum Abblocken der niedrigen Frequenzen. TG237 TG240 [4] 31 / 43

35 FM-Verstärkerschaltung 2m FM-Endstufe TG222 TG225 [4] 32 / 43

36 FM-Verstärkerschaltung Fragen TG224 Welchem Zweck dient die Anzapfung an L 1 in der folgenden Schaltung? TG222 TG225 [4] 33 / 43

37 FM-Verstärkerschaltung Fragen TG224 Sie dient zur Anpassung der Eingangsimpedanz der Stufe. TG222 TG225 [4] 33 / 43

38 FM-Verstärkerschaltung Fragen TG225 Welchem Zweck dient C 2 in der Schaltung? TG222 TG225 [4] 34 / 43

39 FM-Verstärkerschaltung Fragen TG225 Zur Festlegung der HF-Kopplung Merke: Bei Fragen mit Kondensatoren immer die HF-Antwort TG222 TG225 [4] 34 / 43

40 HF-Verstärker mit Röhren TG313 TG318 [4] Röhrenendstufe mit Pi-Filter (C 1, C 2, L 1 ) am Ausgang zur Anpassung an die Antenne 35 / 43

41 Röhrenverstärker abstimmen TG315 Welche Bedeutung und Funktion haben C 1, C 2 und L 1? Wie sind die Bedienknöpfe der beiden Kondensatoren an einer Endstufe wahrscheinlich beschriftet? TG313 TG318 [4] 36 / 43

42 Röhrenverstärker abstimmen TG315 An dem Drehknopf für C 1 steht C Plate oder Plate, an dem für C 2 steht C Load oder Load. Die drei Bauelemente C 1, C 2 und L 1 bilden zusammen einen so genannten Pi-Tankkreis zur Anpassung der Ausgangsimpedanz der Röhre an die Antennenimpedanz. TG313 TG318 [4] 36 / 43

43 Röhrenverstärker abstimmen TG316 Wie wird die folgende Endstufe richtig auf die Sendefrequenz abgestimmt? TG313 TG318 [4] 37 / 43

44 Röhrenverstärker abstimmen TG316 Zum Abstimmen C 1 und C 2 auf maximale Kapazität stellen. C 1 auf Dip im Anodenstrom (Resonanz) stellen, dann mit C 2 einen etwas höheren Anodenstrom einstellen (Leistung auskoppeln). Vorgang mit C 1 und C 2 wechselweise mehrmals wiederholen bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist. Nach dem Abstimmvorgang sollte ein Dip von etwa 10% verbleiben. 37 / 43

45 eigene Aufnahme DC4LW 38 / 43

46 Senderleistung TB901 A B C D Die Ausgangsleistung eines Senders ist die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung, bevor sie Zusatzgeräte (z.b. Anpassgeräte) durchläuft. die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Differenz aus vorlaufender und rücklaufender Leistung. die unmittelbar nach den erforderlichen Zusatzgeräten (z. B. Anpassgeräte) messbare Leistung. die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Summe aus vorlaufender und rücklaufender Leistung. 39 / 43

47 Senderleistung TB901 A B C D Die Ausgangsleistung eines Senders ist die unmittelbar nach dem Senderausgang messbare Leistung, bevor sie Zusatzgeräte (z.b. Anpassgeräte) durchläuft. die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Differenz aus vorlaufender und rücklaufender Leistung. die unmittelbar nach den erforderlichen Zusatzgeräten (z. B. Anpassgeräte) messbare Leistung. die unmittelbar nach dem Senderausgang gemessene Summe aus vorlaufender und rücklaufender Leistung. 39 / 43

48 Spitzenleistung Spitzenleistung (engl. peak envelope power, PEP) PEP bezeichnet die mittlere hochfrequente Leistung am Ausgang einer Sendeendstufe, während das modulierende Signal seinen Spitzenwert hat. Wird meist bei SSB angegeben. 40 / 43

49 Strahlungsleistung ERP Leistung aus der Antenne im Vergleich zu Dipol EIRP Leistung aus der Antenne im Vergleich zu Isotroper Kugelstrahler 41 / 43

50 Mittlere Leistung Mittlere Leistung Durchschnittliche Leistung, die ein Sender unter normalen Betriebsbedingungen während eines Zeitintervalls als HF-Leistung abgibt. 42 / 43

51 Signalverzerrung Zu starke Verstärkung führt zu unlinearer Verstärkung, also Verzerrung des Signals und Splatter 10dB pro Decade. Normales SSB-Signal 3kHz, dieses 9kHz 43 / 43

52 /Links [1] DARC Online-Lehrgang Lektion A07: darc-online-lehrgang/technik-klasse-a/technik-a07/ [2] Wikimedia: https: //commons.wikimedia.org/wiki/file:npn_colpitts_oscillator_collector_coil.svg [3] Wikipedia - Die freie Enzyklopädie: [4] Fragenkatalog Bundesnetzagentur Technik Klasse A: de/shareddocs/downloads/de/sachgebiete/telekommunikation/unternehmen_ 43 / 43

53 Institutionen/Frequenzen/Amateurfunk/Fragenkatalog/ TechnikFragenkatalogKlasseAf252rId9014pdf.pdf? blob=publicationfile&v=3 [5] Freie Inhalte (DK0TU): 43 / 43