Versuch 3: ADS Class C Verstärker Versuchsauswertung Christof

Praktikumsversuch der Mikrowellentechnik
Versuch 3: ADS
Class C Verstärker
FH Aachen;
FB5 Elektrotechnik und Informationstechnik
Lehrgebiet Hoch- und Höchstfrequenztechnik
Prof. Dr. –Ing. H. Heuermann
Versuchsauswertung
Christof Hartmann
Beschreibung: In diesem Praktikum wurde ein Verstärker der Klasse C untersucht und analysiert.
Dazu wurde der Verstärker mit der Software Advanced Design System (ADS) von Agilent simuliert.
Neben dem Ziel, das Verständnis für Verstärkerschaltungen zu erweitern, soll der Umgang mit der
Software ADS geschult werden. Insbesondere der Einsatz des Harmonic Balance Verfahren.
In der folgenden Abbildung ist der Aufbau der Simulation zu sehen.
Abbildung 1: Aufbau der Simulation
In der Abbildung 1 ist zu erkennen, dass die Frequenz bei der der Verstärker betrieben wird 850 MHz
beträgt. Die Kondensatoren C1 und C2 sind zur Gleichspannungsentkopplung. Während die Spulen L1
und L2 die Wechselspannung in den Gleichspannungspfaden unterdrücken. Hinter dem
Verstärkersymbol verbirgt sich der Feldeffekt-Transistor. Die Schaltung des Transistors ist in der
Abbildung 2 zu sehen.
Abbildung 2: Schaltplan der Verstärkerschaltung
Das LC-Netzwerk
Netzwerk in Abbildung 1 dient der Filterung
lterung und ist auf 850 MHz abgestimmt. Berechenbar
mit der Formel
∙ √ ∙
. Der Kondensator C2 ist zur Gleichspannungsentkopplung.
Abbildung 3: Ein- und Ausgangsspannung
Die positive Halbwelle des Eingangssignals wird verstärkt
verstärkt mit einer 180° Phasendrehung, wie es bei
einem Klasse C Verstärker zu erwarten ist. Der Verstärker wird hier in der Sättigung betrieben,
betrieben sobald
die Amplitude der positiven Halbwelle betragsmäßig gleich bzw. größer(2,75
größer
V) als die negative
Vorspannung (Vlow) ist.
Während der negativen Halbwelle am Eingang wird der Transistor gesperrt. Das magnetische Feld in
der Spule bricht zusammen und generiert einen Strom. Der Strom lädt den Kondensator. Alle
Frequenzanteile außer 850 MHz werden gefiltert. Es sind hier Verzerrungen zu sehen, die durch die
zu geringe Unterdrückung
rdrückung der Oberwellen zustande kommen (siehe Abbildung 6)).
Abbildung 4: Drain Spannung
Der Verlauf der Drain-Spannung ist gleich mit dem Verlauf der Ausgangsspannung in Abbildung 3.
Der Drain-Spannung ist allerdings die Betriebsspannung (Vhigh) überlagert, da sie vor den
Entkoppelkondensatoren gemessen wird.
Abbildung 5: Drain-Strom
Während der positiven Halbwelle ist der Transistor leitend. Der Drain-Strom setzt sich aus zwei
Strömen zusammen. Der Strom der über die Spule in den Transistor fließt und der Entladestrom des
Kondensators.
Abbildung 6: Ausgang Spektrum
Im Ausgangsspektrum sieht man, dass der Abstand zwischen Grundwelle und erster Oberwelle nur
etwa 5 dB beträgt. Und auch die zweite und dritte Oberwelle mit 20 dB und 15 dB Abstand sind nicht
besonders stark unterdrückt. Dies für zu den Verzerrungen, die in Abbildung 3 zu sehen sind.
Abbildung 7: IM-3 Abstand
Der Intermodulationsabstand zwischen 1. und 3. Oberwelle (IM-3) beträgt im unteren
Leistungsbereich etwa 15 dB und nimmt ab einer Eingangsleistung von 20 dBm deutlich ab.
Abbildung 8: Kompression
In der Abbildung 8 ist zu erkennen, dass der Verstärker oberhalb einer Eingangsleistung von etwa 28
2
dBm in Kompression geht.
Abbildung 9: Power Added Efficiency (PAE)
Das Diagramm in Abbildung 5 gibt einen Überblick
Überbli über die Effizienz des Verstärkers. Mit steigender
Eingangsleistung steigt die Effizienz an.