Grundlagen:
Verstärker
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Einleitung
Das Herz des Verstärkers ist ein als MMIC ausgeführter
Verstärker-Chip. Früher waren die immer rund und und hatten 4
Anschlussfähnchen , die in alle 4 Richtungen wiesen. Heute findet
man oft SOT-89 Gehäuse mit 4 Anschlüssen. Dabei sind Pin 2 und 4
Masse-Anschlüsse, Pin 1 ist der Eingang und Pin 3 der Ausgang. Gute
Chips haben am Ein- und Ausgang 50 Ohm Impedanz (von anderen Chips
sollte man die Finger lassen) was den Einsatz leicht macht.
Es fällt auf, das ein Pin für die Betriebsspannung fehlt. Diese wird
bei allen diesen Chips durch das Ausgangspin zugeführt. Damit das
funktioniert, muss die Spannung durch eine Drossel zugeführt werden
(die die HF nicht abfließen lässt) und der Ausgangsanschluss über
einen Kondensator (welcher die Betriebsspannung nicht durch lässt).
Verstärkung
Ein Verstärker verstärkt ein HF-Signal um einen bestimmten Betrag.
Dieser wird meist in Dezibel angegeben. Ein typischer moderner
einstufiger Verstärker hat meist 16 ... 20 dB Verstärkung (Gain),
das ist also 40fach bis 100fach. Für höhere Verstärkungen schaltet
man mehrere Verstärkerstufen hintereinander. Die Verstärkung wird
immer als Verstärkung der Leistung angegeben und nicht als
Verstärkung der Signalspannung.
Bandbreite
So ein Verstärker funktioniert ab einigen zehn Megahertz bis zu
einigen Gigahertz. Mit steigender Frequenz nimmt die Verstärkung
zunächst langsam und dann schließlich drastisch ab. Deshalb wird für
jeden Verstärker eine Maximalfrequenz angegeben, bei der er sich
noch sinnvoll einsetzen lässt.
Rauschen
Jedes Bauteil erzeugt ein kleine Zufallssignal: das Rauschen. Das
trifft natürlich auch auf einen Verstärker zu. Dieses Rauschen
addiert sich zum Ausgangssignal dazu. Wie stark ein Verstärker
rauscht, wird durch die Rauschzahl (NF - noise figure) angegeben.
Dazu vergleicht man das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR- signal noise
ratio) des Eingangssignals eines Verstärkers mit dem
Signal-Rausch-Verhältnis des Ausgangssignals. Bei einem idealen
rauschfreien Verstärker wären beide Werte identisch, da das
Eingangsrauschen und das Eingangsnutzsignal ja gleich verstärkt
werden. Dadurch, dass der Verstärker aber selber rauscht, ist dieses
zusätzliche Rauschen dem Ausgangsrauschen zugefügt, und das SNR ist
am Ausgang schlechter. Die Rauschzahl N (NF-noise figure) wird in dB
angegeben und ist deshalb der 10-fache Logarithmus des Verhältnisses
der beiden SNR.
Hierbei sind S und N Spannungspegel, und das ganze wird bei einer
Temperatur von 290K (also etwa 20°C) gemessen. Hat man die SNR-Werte
von Eingangs- und Ausgangssignal schon als dB-Werte, kann man
einfach beide von einander subtrahieren, und bekommt so auch die
Rauschzahl.
Kompressionspunkt
Eigentlich gilt, das das Ausgangssignal proportional zum
Eingangssignal ist. Vergrößert man das Eingangssignal eines
Verstärkers, dann steigt das Ausgangssignal proportional an. Bei
kleinen Signalen stimmt das so auch. Allerdings verringert sich der
Verstärkungsfaktor eines Verstärkers, wenn man sich seiner
Maximalleistung nähert.
Den Verstärkungsfaktor (Gain) bestimmt man zunächst für relativ
kleine Signale. Dann vergrößert man das Eingangssignal, berechnet
mit Hilfe des Kleinsignalverstärkungsfaktor das zu erwartende
Ausgangssignal , und misst dieses gleichzeitig. Mit ansteigendem
Signalpegel, wird das Merssergebnis kleiner als das erwartete
Ergebnis werden. Beträgt die Differenz 3dB, dann hat man den
3dB-Kompressionspunkt erreicht. Dieser Wert ist wichtig, da man
damit abschätzen kann wie stark ein Verstärker bei größeren Pegeln
das Eingangssignal verzerrt - da er nicht mehr linear arbeitet.
maximale Leistung
xxxxx
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Autor: sprut
erstellt: 16.02.2019