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2023 | Book

Untersuchung an Leistungsverstärkern mit Gegenkopplung

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About this book

Der in diesem Buch weiterentwickelte Prozess erlaubt eine Optimierung von HF-Leistungsverstärkern zunächst ohne Gegenkopplung mit Hilfe schneller Wechselspannungssimulationen. Ein passendes Parallelnetzwerk, welches verschiedene Parallelgegenkopplungen enthalten kann, wird im Anschluss rein analytisch hinzugefügt. Die Optimierung kann auf Verstärker in einfacher Emitterschaltung, wahlweise mit Kaskodetransistor und mit einer beliebigen Anzahl aufgestapelter Transistoren angewendet werden.Ein weiterer Schwerpunkt ist die Stabilitätsbetrachtung. Es wird gezeigt, wie eine vermaschte Rückführung im Layout eine deutliche Verbesserung der Stabilität bewirkt. Hierfür war eine Erweiterung der klassischen Analyse für die Schleifenverstärkung notwendig.Der Autor führt den Leser durch die analytischen Betrachtungen der einzelnen Schwerpunkte hin zu den simulativen Untersuchungen und verifiziert die Ergebnisse anhand von Messergebnissen gefertigter Verstärkerschaltungen in einer BiCMOS-Technologie. Dem Leser werden zudem beispielhaft sowohl für die Verstärkeroptimierung als auch für die Stabilitätsuntersuchung leistungsstarke Werkzeuge für die Einbettung in eine CAD-Umgebung an die Hand gegeben.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Kapitel 1 liefert einen kurzen Einblick über die technischen Rahmenbedingungen dieser Arbeit. Es beleuchtet den Nutzen und Einsatzbereich der Forschung und stellt einen Überblick über den Stand der Technik zum Zeitpunkt der Erstellung der Arbeiten dar. Zudem wird in diesem Kapitel die Einordnung der Arbeit im Forschungsprojekte „CoolRelay“ erläutert. Ebenfalls wird hier die Aufteilung der Arbeit zusammengefasst.
Robert Paulo
Kapitel 2. Grundlagen von Leistungsverstärkern
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt sollen die für die Arbeit wichtigsten Grundlagen näher beleuchtet werden. Es werden verschiedene Technologien und Topologien vorgestellt, für die sich Eigenschaften, wie Linearität, Bandbreite und Effizienz, unterschiedlich gut erreichen lassen. Hier wird ausführlich auf das Thema Stabilität bezogen auf Leistungsverstärker mit Parallelgegenkopplung eingegangen. Insbesondere der Abschnitt über die erweiterte Untersuchung der Schleifenverstärkung bei mehrfachverzweigten Rückführungen zeigt eine in dieser Arbeit zentrale Weiterentwicklung des bisherigen Ansatzes von Middlebrook ([Mid75]).
Robert Paulo
Kapitel 3. Entwurfsmethodiken für den optimierten Aufbau linearer Leistungsverstärker
Zusammenfassung
Kapitel 3 beschreibt im Wesentlichen ein schnelles Optimierungsverfahren zur Kompensation von Blindanteilen im Ausgangssignal und zur Erreichung der maximalen Aussteuerung. Nur dadurch kann der Wirkungsgrad an linearen Leistungsverstärkern maximiert werden. In dieser Arbeit wird ein bestehendes Verfahren verfeinert und um ein aufgesetztes Parallelnetzwerk, z. B. einer Parallelgegenkopplung, erweitert.
Robert Paulo
Kapitel 4. Messaufbau
Zusammenfassung
In den folgenden Abschnitten wird demonstriert wird, wie die zu messende Schaltung mit dem entsprechenden Messaufbau untersucht werden kann. Es wird kurz beschrieben, welche generellen Vorbereitungen für das Messen getroffen werden müssen. Für das Messen selbst wird beschrieben, welche zusätzlichen Elemente benötigt werden, um die Messung nicht zu verfälschen, aber auch um die Messgeräte im Fehlerfall der Schaltung nicht zu beschädigen. Zum Minimieren von Fehlerquellen wird das Thema Kalibrierung ebenfalls eingebunden.
Robert Paulo
Kapitel 5. Entwurf und Test von Leistungsverstärkern mit Gegenkopplung
Zusammenfassung
Dieser Abschnitt stellte die aus den theoretischen Betrachtungen beschrieben Leistungsverstärker praktisch umgesetzt vor. Einige der theoretischen Untersuchungen sind erst aus dem Entwurf und dem Test hervorgegangen, wie beispielsweise das Thema der Stabilitätsuntersuchung. Es wird neben einer einfachen Version ein parallelgegengekoppelter Leistungsverstärker mit einer Transistorstapelung beschrieben. Die Besonderheit dabei ist der On-Chip verbaute PID-Regler, der die Kollektor-Emitter-Arbeitspunktspannung beider zur Auslenkung der Ausgangsspannung beitragenden Transistoren aufeinander abstimmt und so nahezu identische Arbeitspunktbedingungen für beide Transistoren schafft.
Robert Paulo
Kapitel 6. Bewertung der entworfenen Leistungsverstärker
Zusammenfassung
Kapitel 6 zeigt einen Vergleich der erreichten Ergebnisse der entworfenen Leistungsverstärker aus dieser und aus Arbeiten andere Entwicklungen. Zudem wird aufgezeigt, welche Fehler gemacht wurden und wie sich verschiedene Eigenschaften verbessern ließen.
Robert Paulo
Kapitel 7. Fazit und Ausblick
Zusammenfassung
Kapitel 7 bewertet die Arbeit im Ganzen und versucht einen möglichen Ausblick auf Nutzen und Weiterentwicklung zu geben.
Robert Paulo
Backmatter
Metadata
Title
Untersuchung an Leistungsverstärkern mit Gegenkopplung
Author
Robert Paulo
Copyright Year
2023
Electronic ISBN
978-3-658-41749-9
Print ISBN
978-3-658-41748-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-41749-9