Verstärker
Verstärker - Das Herz jeder Funkstation
Verstärker sind überall in der Funktechnik: im Empfänger, im Sender, im Mikrofon. Mit 33 Fragen ist dies ein zentrales Thema!
Stell dir vor: Ein Verstärker ist wie ein Megaphon:
- Du sprichst leise rein (Eingangssignal) → es kommt laut raus (Ausgangssignal)
- Die Form deiner Stimme bleibt gleich (bei guten Verstärkern)
- Die Energie kommt aus der Batterie (Stromversorgung), nicht aus deiner Stimme
Fragen AD401-AD405: Kollektorschaltung (Emitterfolger)
Fragen AD401-AD404 zeigen alle die gleiche Schaltung - eine Kollektorschaltung:
So erkennst du eine Kollektorschaltung:
- Eingang an der Basis
- Ausgang am Emitter
- Kollektor liegt direkt an der Versorgungsspannung (kein Widerstand!)
Eigenschaften der Kollektorschaltung:
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Spannungsverstärkung $v_U$ | Klein (0,9 - 0,98) |
| Phasenverschiebung $\varphi$ | 0° (keine Invertierung) |
| Eingangsimpedanz | Relativ hoch |
| Ausgangsimpedanz | Sehr niedrig |
Antworten AD401-AD405:
- AD401: Verstärker in Kollektorschaltung
- AD402: $v_U$ klein (0,9-0,98), $\varphi$ = 0°
- AD403: Ausgangsimpedanz sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz
- AD404: Kann als Pufferstufe zwischen Oszillator und Last verwendet werden
- AD405: Phasenverschiebung = 0°
Frage AD406: Ausgangssignal Emitterschaltung
Frage AD406 zeigt eine Emitterschaltung (Eingang an Basis, Ausgang am Kollektor, Emitter an 0 V) und fragt nach dem Ausgangssignal:
Das richtige Ausgangssignal (invertierte Dips von +10 V nach unten):
So entsteht das Ausgangssignal:
- Ohne Eingangssignal: Transistor sperrt → $U_A$ liegt nahe +10 V
- Positive Halbwelle am Eingang: Transistor leitet → $I_C$ steigt → Spannungsabfall am Kollektorwiderstand steigt → $U_A$ fällt
- Ergebnis: Negative Einbrüche (Dips) von +10 V nach unten
Merke: Emitterschaltung = 180° Phasenverschiebung = Signal wird invertiert!
Fragen AD407-AD410: Emitterschaltung
Frage AD407 fragt nach der Phasenverschiebung der Emitterschaltung:
Antwort: Die Phasenverschiebung beträgt 180° (Signal wird invertiert!).
Frage AD408 zeigt die Phasenlage in einer Emitterschaltung:
Phasenbeziehungen in der Emitterschaltung:
- $I_C$ ist in Phase mit der Basis-Ansteuerung (mehr $U_{BE}$ → mehr $I_C$)
- $U_{CE}$ ist 180° gegen $I_C$ (mehr $I_C$ → Kollektorspannung fällt)
- $U_A$ (nach Koppelkondensator) folgt der Phase von $U_{CE}$ - der Kondensator entfernt nur den DC-Anteil, nicht die Phase
Fragen AD409-AD410 zeigen eine Emitterschaltung:
So erkennst du eine Emitterschaltung:
- Eingang an der Basis
- Ausgang am Kollektor
- Emitter über Widerstand an Masse (oft mit Kondensator überbrückt)
Antworten AD409-AD410:
- AD409: Verstärker in Emitterschaltung
- AD410: $v_U$ hoch (schaltungsabhängig), $\varphi$ = 180°
Vergleich: Emitter- vs. Kollektorschaltung
Emitterschaltung
Verstärkung: HOCH (schaltungsabhängig)
Phase: 180° (invertiert)
Anwendung: Verstärkung
Kollektorschaltung
Verstärkung: ≈ 1 (0,9-0,98)
Phase: 0° (nicht invertiert)
Anwendung: Puffer, Impedanzwandlung
Fragen AD411-AD415: Bauteile in der Verstärkerschaltung
Frage AD411 fragt nach der Funktion von $R_1$ und $R_2$:
Antwort: $R_1$ und $R_2$ dienen zur Einstellung der Basisvorspannung (Arbeitspunkt).
Frage AD412 fragt nach der Funktion von $C_1$ und $C_2$:
Antwort: $C_1$ und $C_2$ dienen zur Wechselstromkopplung und Gleichspannungsentkopplung.
Fragen AD413 und AD414 fragen nach dem Emitterkondensator. Die Schaltung mit Emitterkondensator $C_1$:
Frage AD415: Die gleiche Schaltung ohne Emitterkondensator:
Antworten AD413-AD415:
- AD413: $C_1$ dient zur Maximierung der Wechselspannungsverstärkung
- AD414: Ohne $C_1$ nimmt die Verstärkung ab
- AD415: Ohne Emitterkondensator sinkt die Verstärkung deutlich
Frage AD416: Arbeitspunkte und Betriebsarten
Frage AD416 zeigt die Steuerkennlinie eines Transistors mit vier Arbeitspunkten:
Zuordnung der Arbeitspunkte:
- AP₁ (ganz unten) = C-Betrieb
- AP₂ (am Knick) = B-Betrieb
- AP₃ (leicht darüber) = AB-Betrieb
- AP₄ (in der Mitte) = A-Betrieb
Fragen AD417-AD422: Betriebsarten (A, AB, B, C)
Die Betriebsart bestimmt Wirkungsgrad und Verzerrungen:
| Klasse | Ruhestrom | Wirkungsgrad | Verzerrungen | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| A | Hoch (~100%) | ~40% | Sehr gering | NF, Linear |
| AB | Gering-Mittel | ~50-70% | Gering | SSB, Linear |
| B | Sehr gering | ~80% | Gering | SSB, Gegentakt |
| C | Null! | 80-87% | Hoch | FM, CW |
Antworten AD417-AD422:
- AD417: Im B-Betrieb: Wenn Basis-Emitterspannung steigt → Kollektorstrom nimmt erheblich zu
- AD418: Ruhestrom im C-Betrieb: Null Ampere
- AD419: A-Betrieb: ~40% Wirkungsgrad, sehr geringe Verzerrungen, hoher Ruhestrom
- AD420: B-Betrieb: ~80% Wirkungsgrad, geringer Oberschwingungsanteil, sehr geringer Ruhestrom
- AD421: C-Betrieb: 80-87% Wirkungsgrad, hohe Verzerrungen, Ruhestrom null
- AD422: SSB-Sender: A-, AB- oder B-Betrieb (NICHT C-Betrieb wegen Verzerrungen!)
Wichtig für SSB: C-Betrieb ist für SSB nicht geeignet, weil die hohen Verzerrungen das Signal zerstören würden!
Frage AD423: Übersteuerung
Frage AD423 fragt, was bei Übersteuerung eines SSB-Verstärkers passiert:
Antwort: Übersteuerung führt zu Splatter auf benachbarten Frequenzen (Störungen der Nachbarkanäle).
Fragen AD424-AD425: Ausgangsleistung berechnen
Die Ausgangsleistung hängt vom Wirkungsgrad ab:
Beispielrechnung AD424 (A-Betrieb): U = 50 V, I = 2 A, η ≈ 0,40
$P_{aus} = 100\,\text{W} \cdot 0{,}40 = 40\,\text{W}$
Beispielrechnung AD425 (C-Betrieb): U = 50 V, I = 2 A, η ≈ 0,85
$P_{aus} = 100\,\text{W} \cdot 0{,}85 = 85\,\text{W}$
Fragen AD426-AD428: Verstärkung in dB
Frage AD426: Verstärkung 16 dB, Eingangsleistung 1 W
Merke: +10 dB = 10× Leistung, +3 dB = 2× Leistung
Also: 16 dB = 10 dB + 3 dB + 3 dB = 10 × 2 × 2 = 40×
Frage AD427: Spannungsverstärkung von 1 mV auf 4 mV
$v_{dB} = 20 \cdot \log_{10}(4) = 20 \cdot 0{,}6 = 12\,\text{dB}$
Frage AD428: Leistungsverstärkung von 2,5 W auf 38 W
$v_{dB} = 10 \cdot \log_{10}(15{,}2) \approx 11{,}8\,\text{dB}$
Fragen AD429-AD430: Wirkungsgrad berechnen
Der Wirkungsgrad berechnet sich:
Beispielrechnung AD429: $P_{HF,ein}$ = 1 W, $P_{HF,aus}$ = 10 W, $P_{DC}$ = 25 W
Beispielrechnung AD430: $P_{HF}$ = 90 W, U = 12,5 V, I = 16 A
$\eta = \frac{90\,\text{W}}{200\,\text{W}} = 0{,}45 = 45\%$
Fragen AD431-AD433: Sonstige Verstärker-Themen
Frage AD431 fragt nach der Eigenschaft eines Linearverstärkers:
Antwort: Die Kurvenform am Ausgang entspricht der Kurvenform am Eingang.
Frage AD432 fragt nach der Ursache für Eigenschwingungen:
Antwort: Kopplung zwischen Ausgang und Eingang (ungewollte Rückkopplung).
Frage AD433 fragt nach der Baugruppe zur NF-Bandbreitenbegrenzung:
Antwort: Ein Bandpassfilter begrenzt die NF-Bandbreite eines Mikrofonverstärkers.
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| AD401 | Schaltung erkennen | Kollektorschaltung |
| AD402 | Kollektorschaltung Eigenschaften | v_U klein, φ = 0° |
| AD403 | Kollektorschaltung Impedanz | Ausgang sehr niedrig |
| AD404 | Kollektorschaltung Anwendung | Pufferstufe |
| AD405 | Kollektorschaltung Phase | 0° |
| AD406 | Ausgangssignal Emitterschaltung | Invertiert (Dips von +10 V nach unten) |
| AD407 | Emitterschaltung Phase | 180° |
| AD408 | Phasenlage Emitter | Invertiert (180°) |
| AD409 | Schaltung erkennen | Emitterschaltung |
| AD410 | Emitterschaltung Eigenschaften | v_U groß, φ = 180° |
| AD411 | R1/R2 Funktion | Basisvorspannung einstellen |
| AD412 | C1/C2 Funktion | Wechselstromkopplung |
| AD413 | Emitterkondensator Funktion | Maximiert Verstärkung |
| AD414 | Ohne Emitterkondensator | Verstärkung nimmt ab |
| AD415 | Verstärkung ohne C | Sinkt deutlich |
| AD416 | Arbeitspunkte zuordnen | AP1=C, AP2=B, AP3=AB, AP4=A |
| AD417 | B-Betrieb U_BE erhöht | Kollektorstrom steigt |
| AD418 | Ruhestrom C-Betrieb | Null Ampere |
| AD419 | A-Betrieb Merkmale | 40%, geringe Verzerrung, hoher Ruhestrom |
| AD420 | B-Betrieb Merkmale | 80%, geringer Oberschwingungsanteil, geringer Ruhestrom |
| AD421 | C-Betrieb Merkmale | 80-87%, hohe Verzerrung, Ruhestrom null |
| AD422 | SSB-Sender Betriebsart | A-, AB- oder B-Betrieb |
| AD423 | Übersteuerung SSB | Splatter |
| AD424 | Leistung A-Betrieb | ≈ 40 W |
| AD425 | Leistung C-Betrieb | ≈ 85 W |
| AD426 | 16 dB Verstärkung | 40 W |
| AD427 | Spannungsverstärkung dB | 12 dB |
| AD428 | Leistungsverstärkung dB | 11,8 dB |
| AD429 | Wirkungsgrad Treiber | 40% |
| AD430 | Wirkungsgrad berechnen | 45% |
| AD431 | Linearverstärker | Kurvenform bleibt gleich |
| AD432 | Eigenschwingungen Ursache | Kopplung Ausgang-Eingang |
| AD433 | NF-Bandbreitenbegrenzung | Bandpassfilter |
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Was lässt sich über die Wechselspannungsverstärkung $v_U$ und die Phasenverschiebung $\varphi$ zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung dieser Schaltung aussagen?
Die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung ist ...
Diese Schaltung kann unter anderem als ...
Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Kollektorschaltung auf?
An den Eingang dieser Schaltung wird das folgende Signal gelegt. Welches ist ein mögliches Ausgangssignal $U_{\textrm{A}}$?
Welche Phasenverschiebung tritt zwischen den sinusförmigen Ein- und Ausgangsspannungen eines Transistorverstärkers in Emitterschaltung auf?
Das Signal $U_{\textrm{E}}$ wird auf den Eingang folgender Schaltung gegeben. In welcher Antwort sind alle dargestellten Signale phasenrichtig zugeordnet?
Bei dieser Schaltung handelt es sich um ...
Was lässt sich über die Wechselspannungsverstärkung $v_U$ und die Phasenverschiebung $\varphi$ zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung dieser Schaltung aussagen?
Welche Funktion haben die Widerstände $R_1$ und $R_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur ...
Welche Funktion haben die Kondensatoren $C_1$ und $C_2$ in der folgenden Schaltung? Sie dienen zur ...
Welche Funktion hat der Kondensator $C_1$ in der folgenden Schaltung? Er dient zur ...
Wie verhält sich die Spannungsverstärkung bei der folgenden Schaltung, wenn der Kondensator $C_1$ entfernt wird?
Bei folgender Emitterschaltung wird die Schaltung ohne den Emitterkondensator betrieben. Auf welchen Betrag sinkt die Spannungsverstärkung ungefähr?
Das folgende Bild zeigt eine idealisierte Steuerkennlinie eines Transistors mit vier eingezeichneten Arbeitspunkten $\text{AP}_1$ bis $\text{AP}_4$. Welcher Arbeitspunkt ist welcher Verstärkerbetriebsart zuzuordnen?
Wie verhält sich der Kollektorstrom eines NPN-Transistors in einer HF-Verstärkerstufe im B-Betrieb, wenn die Basis-Emitterspannung erhöht wird?
In welcher Größenordnung liegt der Ruhestrom eines HF-Leistungsverstärkers im C-Betrieb?
Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb?
Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im B-Betrieb?
Welche Merkmale hat ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb?
In welchem Arbeitspunkt kann ein HF-Leistungsverstärker für einen SSB-Sender betrieben werden?
Wenn ein linearer HF-Leistungsverstärker im AB-Betrieb durch ein SSB-Signal übersteuert wird, führt dies zu ...
Ein HF-Leistungsverstärker im A-Betrieb wird mit einer Drainspannung von 50 V und einem Drainstrom von 2 A betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?
Ein HF-Leistungsverstärker im C-Betrieb wird mit einer Drainspannung von 50 V und einem Drainstrom von 2 A betrieben. Wie hoch ist die zu erwartende Ausgangsleistung des Verstärkers?
Ein HF-Leistungsverstärker hat eine Verstärkung von 16 dB. Welche HF-Ausgangsleistung ist zu erwarten, wenn der Verstärker mit 1 W HF-Eingangsleistung angesteuert wird?
Ein NF-Verstärker hebt die Eingangsspannung von 1 mV auf 4 mV Ausgangsspannung an. Eingangs- und Ausgangswiderstand sind gleich. Wie groß ist die Spannungsverstärkung des Verstärkers?
Ein Leistungsverstärker hebt die Eingangsleistung von 2,5 W auf 38 W Ausgangsleistung an. Dem entspricht eine Leistungsverstärkung von ...
Eine Treiberstufe eines HF-Verstärkers braucht am Eingang eine Leistung von 1 W, um am Ausgang 10 W an die Endstufe abgeben zu können. Sie benötigt dazu eine Gleichstromleistung von 25 W. Wie hoch ist der Wirkungsgrad der Treiberstufe?
Ein HF-Verstärker ist an eine 12,5 V-Gleichstrom-Versorgung angeschlossen. Wenn die HF-Ausgangsleistung des Verstärkers 90 W beträgt, zeigt das an die Stromversorgung angeschlossene Strommessgerät 16 A an. Der Wirkungsgrad des Verstärkers beträgt ...
Welche Eigenschaft besitzt ein Linearverstärker?
Was ist die Ursache für Eigenschwingungen eines Verstärkers?
Welche Baugruppe sollte für die Begrenzung der NF-Bandbreite eines Mikrofonverstärkers verwendet werden?