1

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacze 

mikrofalowe

2

 10. Wzmacniacze

Wzmacnianie i wzmacniacze 

sygnału 

  Wprowadzenie
  Warunki stabilności wzmacniacza 
  Definicje wzmocnienia 
  Tranzystor jako element wzmacniający
  Tranzystory bipolarne 
  Tranzystory polowe
  Wzmacniacz jednostopniowy  
  Wzmacniacz dwustopniowy 
  Wzmacniacz mocy 
  Szumy 
  Parametry wzmacniacza 

3

 10. Wzmacniacze

Wprowadzenie (a)

Wprowadzenie (a)



Ideowy schemat blokowy łącza radiowego do transmisji 
informacji

Infor

m.

M1

W

AN

LON

Nadajnik

Infor

m.

M2

W1

AO

LOO

Odbiornik

W2

D

 Wzmacnianie sygnału wykorzystane jest w obu układach 

wielokrotnie.

 W układzie nadajnika wzmacniacz W służy do uzyskania 

odpowiedniego poziomu mocy kierowanej do anteny AN. 

  W układzie odbiornika wzmacniacze W1 i W2 podnoszą poziom 

mocy do poziomu, przy którym może zachodzić detekcja. 

4

 10. Wzmacniacze

Wprowadzenie (b)

Wprowadzenie (b)



Wzmacniacz transmisyjny

 - obwód aktywny jest dwuwrotnikiem.

 Właściwości wzmacniające wzmacniacza opisuje transmitancja S

21

  (o jego dopasowaniu decydują reflektancje S

11

 i S

22

):

;

1

P

P

S

1

2

2

21









Wzmacniacz-

Dwuwrotnik

2

Wrota

Wyjściowe

Wrota

Wejściowe

P

2

-

P

1

+

1

5

 10. Wzmacniacze

Wprowadzenie (c)

Wprowadzenie (c)



Wzmacniacz odbiciowy

 - obwód aktywny jest  

jednowrotnikiem.

 Właściwości wzmacniające tego układu opisuje 

współczynnik odbicia :

;

1

P

P

2











 Aby z układu odbiciowego 

uzyskać układ transmisyjny 
konieczne jest użycie 
cyrkulatora.

 W tym przypadku o dopasowaniu

wzmacniacza decydują parametry
cyrkulatora.

P

+

P

-

Cyrkulato

r

Jednowrotni

k

Aktywny

P

2-

Wrota

Wyjściow

e

P

1

+

1

Wrota

Wejściow

e

2

6

 10. Wzmacniacze

Warunki stabilności wzmacniacza 

Warunki stabilności wzmacniacza 

(

(

a

a

)

)



Układ 

generator - wzmacniacz - obciążenie

. 

 Generator reprezentowany jest tutaj przez parametry E i 

G

. 

 Wzmacniacz - dwuwrotnik opisany jest tutaj macierzą [S]: 

;

a

a

S

S

S

S

b

b

2

1

22

21

12

11

2

1









































Q

: w jakich warunkach we wrotach wzmacniacza powstanie 

współczynnik odbicia |Γ|>1, co grozi powstaniem oscylacji?

 Analizę przeprowadzona w oparciu [S] dwuwrotnika.

Z

o

Z

o

Wzmacnia

cz

[S]



G

E,

1



2

E',

L

a

1

a

2

b

2

b

1

E

7

 10. Wzmacniacze

Warunki stabilności wzmacniacza 

Warunki stabilności wzmacniacza 

(b)

(b)

 „Sąsiedzi wzmacniacza są pasywni:

;

S

1

S

S

1

S

S

S

L

22

L

S

11

L

22

L

21

12

11

1

























;

1

     

;

1

G

L









 Generator ”widzi” układ reprezentowany przez 

1

:

 Obciążenie ”widzi” źródło o parametrach E’ i 

2

:

;

S

S

S

S

21

12

22

11

S







;

S

1

ES

E

    

;

S

1

S

G

11

21

'

G

11

G

S

22

2





















8

 10. Wzmacniacze

Warunki stabilności wzmacniacza 

Warunki stabilności wzmacniacza 

(c)

(c)

 Liniowy dwuwrotnik jest 

bezwarunkowo stabilny

, jeżeli dla 

dowolnych wartości współczynników 

L

 i 

G

 spełniających warunek: 

;

1

     

;

1

G

L









   moduły współczynników odbicia 

1

 i 

2

 nie przekraczają wartości 1. 

 

;

1

1





;

1

2





  Gdy choćby jeden z powyższych warunków nie jest 

spełniony
  dwuwrotnik jest 

stabilny warunkowo

.

9

 10. Wzmacniacze

Warunki stabilności wzmacniacza 

Warunki stabilności wzmacniacza 

(d)

(d)

 Transformujemy punkty 

okręgu 

L

1 z płaszczyzny 



L

 na płaszczyznę 

1

. 

Im{

L

}

Re{

L

}

|

L

|

=1

1

Im{

1

}

Re{

1

}

1

Im{

1

}

Re{

1

}

1

 a) 

stabilność bezwarunkowa

, b) 

stabilność warunkowa

a)

b)

10

 10. Wzmacniacze

Warunki stabilności wzmacniacza 

Warunki stabilności wzmacniacza 

(e)

(e)

 Analizując warunki stabilności wprowadzono 

współczynnik stabilności K

, wiążący ze sobą 

rozmaite współczynniki macierzy rozproszenia:

;

S

S

2

S

S

1

K

21

12

2

S

2

22

2

11













Wykazano, że warunkiem koniecznym i wystarczającym
  bezwarunkowej stabilności jest:

;

1

K 

11

 10. Wzmacniacze

Definicje wzmocnienia (a)

 Definiujemy 

wzmocnienie mocy

 wzmacniacza:

;

a

a

S

S

S

S

b

b

2

1

22

21

12

11

2

1







































 Wzmocnienie mocy 

dwuwrotnika - wzmacniacza G: 

 Moce P

G

 i P

L

 zależą od 

współczynników odbicia Γ

1

 i  

Γ

L

:

Z

o

Z

o

Wzmacni

acz

[S]



G

E,

1



2

E',

L

a

1

a

2

b

2

b

1

E

 





;

P

P

S

,

G

G

L

L









;

1

b

2

1

P

2

L

2

2

L











;

1

a

2

1

P

2

1

2

1

G







12

 10. Wzmacniacze

Definicje wzmocnienia (b)

 Po uwzględnieniu 

wyrazów macierzy [S]:





;

S

S

1

1

S

G

2

S

L

11

2

22

L

2

L

2

21





















Dysponowane wzmocnienie mocy

 G

A

 jest stosunkiem dysponowanej

  mocy wzmacniacza P

LA

 do dysponowanej mocy generatora P

GA

:

 





;

P

P

S

,

G

GA

LA

G

A





;

    

;

*

L

2

*

G

1













 Wzmocnienie mocy staje się dysponowanym, gdy w obu wrotach

  wzmacniacza uda się uzyskać stan dopasowania energetycznego

:

13

 10. Wzmacniacze

Definicje wzmocnienia (c)

 Po uwzględnieniu obu warunków otrzymuje się zależność określająca 

MAG

 

(ang. Maximum Available Gain) - 

maksymalne wzmocnienie mocy 

tranzystora

: 





;

1

K

K

S

S

MAG

G

2

12

21

AMAX









 Zależność ma sens dla K>1 (bezwarunkowa stabilność).
  Gdy współczynnik K<1, to można oszacować maksymalną 

wartość
  wzmocnienia korzystając z wielkości nazwanej 

maksymalnym

  stabilnym wzmocnieniem MSG

 (ang. Maximum Stable Gain):

;

S

S

MSG

12

21



14

 10. Wzmacniacze

Definicje wzmocnienia (d)

 Zdefiniujemy 

wzmocnienie unilateralne G

U

 

jako wzmocnienie obliczone w warunkach:

;

0

S

12



 Po przekształceniach:









;

G

S

G

S

1

1

S

S

1

1

G

2

2

21

1

2

L

22

2

L

2

21

2

G

11

2

G

U





















 Czynniki iloczynu: G

1

 i G

2

 osiągają maksimum, gdy:

*

11

G

S





*

22

L

S





15

 10. Wzmacniacze

Definicje wzmocnienia (e)

 G

1

 i G

2

 osiągają wtedy wartości maksymalne G

1max

 i 

G

2max

:

;

S

1

1

G

2

11

MAX

1





;

S

1

1

G

2

22

MAX

2





 Można teraz zapisać formułę końcową:

 Wzmocnienie tranzystora może być istotnie 

większe od wartości określonej transmitancją.

;

S

1

1

S

S

1

1

G

2

22

2

21

2

11

UMAX







16

 10. Wzmacniacze

Tranzystor jako element 

wzmacniający (a)



Tranzystory

 są najważniejszymi elementami aktywnymi 

używanymi do wzmocnienia i generacji sygnałów.



Tranzystory bipolarne

, krzemowe, pracują do około 20 

GHz. 

 Nowe rodziny tranzystorów HBT (ang. Heterojunction 

Bipolar Transistor), wykonywane na GaAs, pracują do 100 
GHz. 



Tranzystory polowe

, unipolarne, wykonywane w 

technologii wykorzystującej arsenek galu GaAs. 

 Wśród rozmaitych odmian spotykamy tranzystory MESFET, 

pracujące do 60 GHz, oraz tranzystory HEMT (ang. High
  Electron Mobility Transistor), pracujące do 200 GHz

17

 10. Wzmacniacze

Tranzystor jako element 

wzmacniający (b)

 Można podzielić tranzystory ze względu na moc na trzy 

grupy:



Tranzystory małej mocy

 są zwykle tranzystorami 

niskoszumnymi, mocach wyjściowych od kilku do około 30 

mW.



Tranzystory średniej mocy

 mogą wzmacniać, lub generować

sygnały o większych mocach wyjściowych, do 300 mW. 



Tranzystory dużej mocy

, pracujące w klasach A, B i C, 

o mocach wyjściowych od kilkuset Watów przy 100 MHz, 

do 0,5 Wata przy 20 GHz. 

18

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (a) 

Tranzystory bipolarne (a) 

 Struktura, obwód zastępczy i charakterystyki 

 tranzystora bipolarnego HBT

I

E

C

TE

C

CB

R

EC

R

C

R

E

R

B

E

K

B

podłoże n

K

n

p

K

B

B

E

1
0

I

B

 = 

500A

400

A

300

A

200

A

100

A

I

C

[mA

]

2
0

1
6
1
2
8

4

0

8

6

4

2

V

CE

[V

]

19

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (c)

Tranzystory bipolarne (c)

Najważniejszym 
parametrem 
tranzystora 
bipolarnego jest 
zależność S

21

(f).

Mod{S

21

} silnie 

zależy od f, maleje 
o 6dB/oktawę.

Arg{S

21

} zmienia 

się z f w granicach 
120-150 stopni.

Mod{S

21

} silnie 

zależy od prądu 
kolektora I

C

.

Także częstotliwość 
graniczna silnie 
zmienia się prądem 
I

C.

0

15

30

45

60

75

9

0

1

0

5

12

0

13

5

150

165

-180

-165

-1

50

-1

35

-1

20

-1

05

-

9

0

-7

5

-6

0

-4

5

-30

-15

BJT S21

Swp Max

6  GHz

Swp Min

0.5  GHz

Mag Max
12

4
Per Div

S[2,1]
NE68818 120mW

S[2,1]
NE68818 80mW

S[2,1]
NE68818 40mW

I

C

=5 

mA

I

C

=10 

mA

I

C

=15 

mA

Tranzystor bipolarny 
NE68818, V

CE

=8V

C

B

E

PORT 1

Z

0

=50

POR

T 2

Z

0

=5

0

20

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (d)

Tranzystory bipolarne (d)

 Charakterystyki S

11

(f) 

dobrze pokrywają się 
z okręgami R=const. 

 Obwód zastępczy, to 

szeregowe 
połączenie RLC.

 Wartość prądu 

kolektora I

C

 wpływa 

w pewnym stopniu na 
każdy element 
obwodu R,L,C.

0

1

.

0

1

.

0

-

1

.

0

1

0

.

0

10.0

-10

.0

5

.

0

5.0

-5.

0

2

.

0

2.

0

-2

.0

3

.

0

3.

0

-3

.0

4

.

0

4.0

-4.

0

0

.

2

0.2

-0.

2

0

.

4

0.

4

-0

.4

0

.

6

0.

6

-0

.6

0

.

8

0.

8

-0

.8

BJT S11

Swp Max

6GHz

Swp Min

0.5GHz

S[1,1]
NE68818 120mW

S[1,1]
NE68818 80mW

S[1,1]
NE68818 40mW

Tranzystor bipolarny 
NE68818, V

CE

=8V

I

C

=10 

mA

I

C

=5 

mA

I

C

=15 

mA

21

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (e)

Tranzystory bipolarne (e)

 Przebiegi S

22

(f) nie 

są tak regularne, 
jak S

11

(f) i trudno je 

modelować prostym 
obwodem R,L,C.

 Im większe prądy 

kolektora, tym 
łatwiej dopasować 
obwód wyjściowy 
wzmacniacza.

0

1

.

0

1

.

0

-

1

.

0

1

0

.

0

10.0

-1

0.0

5

.

0

5.0

-5.

0

2

.

0

2.

0

-2

.0

3

.

0

3.

0

-3

.0

4

.

0

4.0

-4.

0

0

.

2

0.2

-0.

2

0

.

4

0.

4

-0

.4

0

.

6

0.

6

-0

.6

0

.

8

0

.

8

-

0.

8

BJT S22

Swp Max

6GHz

Swp Min

0.5GHz

S[2,2]
NE68818 120mW

S[2,2]
NE68818 80mW

S[2,2]
NE68818 40mW

Tranzystor bipolarny 
NE68818, V

CE

=8V

I

C

=10 

mA

I

C

=5 

mA

I

C

=15 

mA

22

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (f)

Tranzystory bipolarne (f)

 Przebiegi S

12

 pokazują 

jaka może być izolacja 
między wrotami 
wyjściowymi a 
wejściowymi wzmacniacza 

 Mod{S

21

(f)} transmitancji 

rośnie szybko ze 
wzrostem f przy 
niewielkiej zmianie 
argumentu.

 Gdy S

21

> 0,1 to założenia 

o unilateralności 
tranzystora nie można 
przyjmować.

 Zmiana prądu kolektora w 

niewielkim stopniu 
wpływa na wartość S

21

.

0

15

30

45

60

75

9

0

10

5

12

0

13

5

150

165

-180

-165

-1

50

-1

35

-1

20

-1

05

-

9

0

-7

5

-6

0

-4

5

-30

-15

JBT S12

Swp Max

6  GHz

Swp Min

0.5  GHz

Mag Max
0.45

0.1125
Per Div

S[1,2]
NE68818 120mW

S[1,2]
NE68818 80mW

S[1,2]
NE68818 40mW

Tranzystor bipolarny 
NE68818, V

CE

=8V

I

C

=10 

mA

I

C

=5 

mA

I

C

=15 

mA

23

 10. Wzmacniacze

Tranzystory bipolarne (f)

Tranzystory bipolarne (f)

 Moduł S

21

(f), MAG(f) i MSG(f) tranzystora bipolarnego 

 

0.5

6

1

Frequency (GHz)

Gain

200

1

10

100

0.5

1

1.5

|S[2,1]| (L)
Tranzystor NE688

K (R)

Tranzystor NE688

GMax (L)

Tranzystor NE688

Współczynnik  

K(f) 

S

21

(f)

 -

 spadek 

6dB/oktawę

 

MAG(f) i MSG(f) 

tranzystora  NE688

 

Tranzystor bipolarny NE688, U

CE

=8V, I

C

=15 mA

 

24

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (a)

Tranzystory polowe (a)



Tranzystor polowy FET

, struktura, charakterystyki i obwód zastępczy.

C

G

S

R

G

R

D

D

G

g

m0

U

G

e

-j

C

G

D

C

D

S

R

S

S

g

d

R

I

S

6

15

3

0

9

V

DS

[

V]

12

0,

1

0,
5

I

D

[A

]

0,
3

0,
4

0,

2

V

GS

=

0

V

GS

=con

st.

podłoże GaAs

n

+

S

G

D

n

+

n-GaAs

Bramka

Dren

Źródło

25

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (b)

Tranzystory polowe (b)

Charakterystyki 
S

21

(f) 

tranzystorów 
polowych maleją 
wolniej, w 
tempie około 
10dB/dekadę.
Wartości S

21

(f) 

wskazują na 
możliwość 
szerokopasmowe
j pracy.
Silnie zmieniają 
się argumenty.
Wartość prądu 
drenu silnie 
wpływa na 
wartość S

21

(f) 

tranzystora FET.

0

15

75

9

0

10

5

165

-180

-165

-1

05

-

9

0

-7

5

-15

FET S21

Swp Max

18  GHz

Swp Min

0.1  GHz

Mag Max
8

2
Per Div

S[2,1]
FET01

S[2,1]
FET02

S[2,1]
FET03

S[2,1]
FET04

Tranzystor polowy FET 
NE325;  V

D

=3V

I

D

=20 

mA

I

D

=10 

mA

I

D

=30 

mA

I

D

=5 

mA

50 Ohm

PORT 2

Z=

50 Ohm

PORT 1

Z=

26

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (c)

Tranzystory polowe (c)

 Charakterystyki S

11

(f) 

tranzystora FET 
dobrze pokrywają się 
z okręgami stałej 
rezystancji.

 Można je modelować 

szeregowym 
obwodem R,L,C. 

 Wartości S

11

 są 

większe niż dla 
bipolarnych i dlatego 
trudniej dopasować 
wzmacniacz.

0

1

.

0

1

.

0

-

1

.

0

1

0

.

0

10.0

-1

0.0

5

.

0

5.0

-5.

0

2

.

0

2.

0

-2

.0

3

.

0

3.

0

-3

.0

4

.

0

4.0

-4.

0

0

.

2

0.2

-0.

2

0

.

4

0.

4

-0

.4

0

.

6

0.

6

-0

.6

0

.

8

0.

8

-0

.8

FET S11

Swp Max

18GHz

Swp Min

0.1GHz

S[1,1]
FET01

S[1,1]
FET02

S[1,1]
FET03

S[1,1]
FET04

Tranzystor polowy FET 
NE325;  V

D

=3V

I

D

=20 

mA

I

D

=10 

mA

I

D

=30 

mA

I

D

=5 

mA

27

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (d)

Tranzystory polowe (d)

 Charakterystyki S

22

(f) 

tranzystora FET nie 
mają czytelnego 
przebiegu, aby je 
łatwo modelować 
obwodem R,L,C.

 Im większy prąd 

drenu, tym łatwiej 
dopasować 
impedancję wyjściowa.

0

1

.

0

1

.

0

-

1

.

0

1

0

.

0

10.0

-1

0.

0

5

.

0

5.0

-5.

0

2

.

0

3

.

0

4

.

0

0

.

2

0.2

-0.

2

0

.

4

0

.

6

0

.

8

0

.

8

-0

.

8

FET S22

Swp Max

18GHz

Swp Min

0.1GHz

S[2,2]
FET01

S[2,2]
FET02

S[2,2]
FET03

S[2,2]
FET04

I

D

=20 

mA

I

D

=10 

mA

I

D

=30 

mA

I

D

=5 

mA

Tranzystor polowy FET 
NE325;  V

D

=3V

28

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (e)

Tranzystory polowe (e)

 Dla tranzystora 

polowego moduł S

12

 

rośnie początkowo 
ustalając swą 
wartość < 0,1.

 Zmienia się istotnie 

wartość argumentu.

 Warunki 

unilateralności łatwo 
spełnić w zakresie 
niewielkich 
częstotliwości.

0

9

0

-180

-

9

0

FET S12

Swp Max

18  GHz

Swp Min

0.1  GHz

Mag Max
0.12

0.06
Per Div

S[1,2]
FET01

S[1,2]
FET02

S[1,2]
FET03

S[1,2]
FET04

I

D

=20 

mA

I

D

=10 

mA

I

D

=30 

mA

I

D

=5 

mA

Tranzystor polowy FET 
NE325;  V

D

=3V

29

 10. Wzmacniacze

Tranzystory polowe (f)

Tranzystory polowe (f)

 Wpływ prądu drenu na możliwości wzmocnienia tranzystora FET

6

.1

1

Frequency (GHz)

Gain

1

10

100

1000

10000

|S[2,1]|
NE68500 100mW

|S[2,1]|
NE68500 50mW

|S[2,1]|
NE68500 25mW

|S[2,1]|
NE68500 5mW

GMax
NE68500 100mW

GMax
NE68500 50mW

GMax
NE68500 25mW

GMax
NE68500 5mW

Tranzystor polowy FET NE685;  V

D

=5V, I

D

= 

1, 5, 10 & 20 mA

Maksymalne 

wzmocnienia 

FET

S

21

(f) 

tranzystora 

FET

30

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy (a)

Wzmacniacz jednostopniowy (a)

 Struktura jednostopniowego wzmacniacza 

tranzystorowego:

 wejściowy obwód dopasowujący D1,
 tranzystor wzmacniający w konfiguracji wspólnego emitera/źródła,
 wyjściowy obwód dopasowujący D2.

[S]

Z

o



WY

b

L

a

L

a

2

b

2

b

1

a

1



L



G

b

G

a

G



WE

Z

o

Wejściowy

Obwód

Dopasowu

j.

D1

Wyjściowy

Obwód

Dopasowu

j.

D2

31

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy (b)

Wzmacniacz jednostopniowy (b)

 Analiza proces wzmocnienia oparta o następujące założenia:

 generator - źródło wzmacnianego sygnału jest bezodbiciowy Z

G

 = Z

0

,

 obciążenie dołączone do obwodu wyjściowego jest dopasowane Z

L

 = Z

0

,

 obwody D1 i D2 są bezstratne,
 tranzystor jest bezwarunkowo stabilny i unilateralny, czyli S

12 

= 0.



Wzmocnienie unilateralne obliczamy z następującej zależności:









;

S

1

1

S

S

1

1

G

2

22

L

2

L

2

21

2

11

G

2

G

U



















32

 10. Wzmacniacze

 Maksymalizujemy wzmocnienie G

U

 = max 

gdy : 

 

;

S

*

11

G





;

S

*

22

L





 Wartość G

U

 = max zapisuje się 

następująco: 

 



 



;

S

1

1

S

S

1

1

G

2

22

2

21

2

11

UMAX







 Maksymalizacja wzmocnienia następuje dla wybranej 

częstotliwości, albo w niewielkim pasmie.

 

 Towarzyszy jej dopasowanie wrót wejściowych i 

wyjściowych

.

Wzmacniacz jednostopniowy (c)

Wzmacniacz jednostopniowy (c)

33

 10. Wzmacniacze



Okręgi stałego wzmocnienia pozwalają obliczyć G

U

, gdy 

jeden albo oba warunki nie są spełnione. 



Założenie: Chcemy uzyskać wzmocnienie mniejsze o g

1

[dB]: 

;

1

G

G

g

MAX

1

1

1





 Na płaszczyźnie 

G

 

linie stałego 
wzmocnienia są 
okręgami, których 
rozmiary zależą od 

g

1

. 

g

1

 = 0 dB

G

U

 = max

S

11

S*

11

g

1

 = - 0,3 

dB


WE

 = 0,33

g

1

 = - 1 dB



WE

 = 

0,454

g

1

 = - 2 dB



WE

 = 

0,608

Wzmacniacz jednostopniowy (d)

Wzmacniacz jednostopniowy (d)

34

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy- 

Wzmacniacz jednostopniowy- 

zadanie 11.1a

zadanie 11.1a

f[GHz

]

S

11



Arg{

S

11

}

S

21



Arg{

S

21

}

S

12



Arg{

S

12

}

S

22



Arg{

S

22

}

2,0

0.71

158

3.47

56

0.090

29

0.32

178

Zadanie 11.1. Zaprojektuj obwody dopasowujące i oblicz wzmocnienie 

unilateralne jednotranzystorowego wzmacniacza z tranzystorem bipolarnym 

HBFP-0450, 

na częstotliwość 2000 MHz (

V

CE 

= 4V, I

C 

= 20mA

 ).

z

L

Z

0

l

M

z=1

l

R

Z

0

Z

0

jb

R

l

M

l

R

d(50

Ω)

z

L

Obwód wejściowy projektujemy w 
następującej postaci:

35

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy- 

Wzmacniacz jednostopniowy- 

zadanie 11.1b

zadanie 11.1b

 Korzystamy z oprogramowania Smith 2.0

 Kolejne punkty 1-2-3 

odpowiadają drodze 

dopasowania.

 Odczytujemy:

l

M

 = 0,032 λ,

l

R

 = 0,177 λ.

36

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy- 

Wzmacniacz jednostopniowy- 

zadanie 11.1c

zadanie 11.1c

 Obwód wejściowy projektujemy w następującej postaci:

z

L

Z

0

l

1

kZ

0

, λ/4

Z

0

z=1

l

1

l

T

d(50Ω

)

z

L

d

T

(k50Ω)

 Wykorzystujemy Smith 2.0:

37

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy- 

Wzmacniacz jednostopniowy- 

zadanie 11.1d

zadanie 11.1d

 Położenie punktu S

22

 pozwoliło 

dopasować jednym odcinkiem linii

 Odczytujemy:

Z

0T

 = 35,8 Ω,

l

T

 = 0,244 λ

 Rysujemy obwody 

dopasowujące 

wzmacniacza.

Z

0

 = 

50 Ω

l

T

 = 0,244 

λ

Z

0

 = 

35,8 Ω

Z

0

 = 

50 Ω

l

R

 = 

0,177 λ

l

M

 = 

0,032 λ







;

03

,

27

898

,

0

x

496

,

0

04

,

12

32

,

0

1

71

,

0

1

47

,

3

G

2

2

2

UMAX











 Obliczamy G

UMAX:

38

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy (e)

Wzmacniacz jednostopniowy (e)

 Wzmacniacz jednostopniowy szerokopasmowy 

• Analiza parametrów tranzystorów pokazuje, że wzmocnienia MAG
  i MSG maleją ze wzrostem f, 6dB/okt dla bipolarnego, wolniej dla FET. 

• Przy projektowaniu charakterystyk wzmacniaczy szerokopasmowych
  istnieje konieczność kompensowania, wyrównywania charakterystyk
  częstotliwościowych. 

• Zachowanie się transmitancji 

S

21

(f)

2

 wynika z natury rzeczy i nic na

  to poradzić nie można. W takim razie rolę korygowania charakterystyk
  częstotliwościowych muszą wziąć na siebie oba obwody D1 i D2. 

39

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz jednostopniowy (f)

Wzmacniacz jednostopniowy (f)

Korygowanie charakterystyki wzmocnienia 
wzmacniacza jednostopniowego. 

Funkcję korekcji

pełnią oba obwody 

Tylko obwód

wyjściowy koryguje 

 

 

|S

21

|

2 

f 

6dB/okt

 

G

1

 

3dB 

f 

f

d 

f

g 

G

2

 

f 

3dB 

f

d 

f

g 

f

d 

f

g 

1 

|S

21

|

2 

6dB/okt

 

G

2

 

G

1

 

6dB 

f

d 

f

g 

f

d 

f

g 

f

d 

f

g 

f 

f 

f 

40

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz dwustopniowy (a) 

Wzmacniacz dwustopniowy (a) 

Struktura układu dwustopniowego wzmacniacza tranzystorowego 

 

Z

0 



WE 

Z

0 

T1 

[S'] 

'

L 

'

G 

T2 

[S"]

 

"

L 

"

G 



WY 

Z

0 

Wejścio-

wy 

obwód 

dopaso-

wujący 

D1 

Między-

stopnio-

wy 

obwód 

dopaso-

wujący  

MS 

Wyjścio-

wy 

obwód 

dopaso-

wujący 

D2 

• W przypadku wzmacniacza dwustopniowego istnieje 
możliwość
  takiego zaprojektowania układu aby całkowite 
wzmocnienie było
  równe: MAG' + MAG". Aby tak się stało każdy z 
tranzystorów musi
  widzieć po obu swoich stronach optymalne 
współczynniki odbicia. 

41

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz dwustopniowy (b) 

Wzmacniacz dwustopniowy (b) 

Ilustracje roli kolejnych obwodów wzmacniacza

 dwustopniowego szerokopasmowego 

 

12dB/okt 

f

d 

f

g 

G

MS

 

f 

f

d 

f

g 

S

21



2 

6dB/okt 

f 

f 

G

1

 

1 

f

d 

f

g 

f

d 

f

g 

S

21



2 

6dB/okt 

f 

G

2

 

f

d 

f

g 

f 

• We wzmacniaczu dwustopniowym szerokopasmowym obwód
  międzystopniowy zwykle bierze na siebie rolę wyrównanie
  charakterystyki wzmocnienia i kompensuje spadki transmitancji
 obu tranzystorów T1 i T2 

42

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (a)

Wzmacniacz mocy (a)

 Specyfika wzmacniaczy mocy: w procesie 

wzmacniania rośnie poziom mocy sygnału, ostatni 
ze wzmacniaczy pracuje w najtrudniejszych 
warunkach i zwykle przy największych 
wymaganiach.

  

Nadajniki komunikacji ruchomej 

 Praca przy małym napięciu – minimalna liczba baterii,
  Wysoka sprawność – długi czas rozmowy, 
 Duży zakres pracy liniowej, małe zniekształcenia, duży 

zasięg nadajnika, 

 Brak chłodzenia, małe rozmiary radiatora. 
 Niski koszt produkcji.

43

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (b)

Wzmacniacz mocy (b)



Nadajniki telekomunikacji satelitarnej

 Duża moc wyjściowa, 
 Wysoka sprawność, 

 Liniowość pracy, małe zniekształcenia intermodulacyjne

, 

 Nadajniki telekomunikacji naziemnej  

 Duża moc wyjściowa, 

 Liniowość pracy, małe zniekształcenia intermodulacyjne

. 

 Trudno spełnić wszystkie te wymagania, a 

szczególnie trudno spełnić je równocześnie.

44

 10. Wzmacniacze

 Sercem nadajnika jest element aktywny – tranzystor FET lub HBT. 

Pole charakterystyk I

ds

(V

ds

,V

gs

) tranzystora pokazuje rysunek. 

 Pole charakterystyk tranzystora – ograniczenia: 

6

15

3

0

9

V

ds

[V]

12

0,1

0,5

I

ds

[

A]

0,3

0,4

0,2

V

gs

=

0

V

gs

=V

p

V

gs

=con

st.

 Wejście złącza 

bramka - źródło w 
stan przewodzenia.

 Region małych 

napięć, obszar 
zagięcia 
charakterystyk  

 Zagęszczenia w 

regionie małych 
prądów, w okolicach 
odcięcia prądu. 

 Region dużych 

napięć, obszary 
przebicia 

Wzmacniacz mocy (c)

Wzmacniacz mocy (c)

45

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (d)

Wzmacniacz mocy (d)

 Dobieramy punkt pracy tranzystora FET pracującego na obciążenie R

L

 = 34 

Ω.

 Dla tego obciążenia rysujemy charakterystykę I

ds

(V

gs

).

-5 -4 -3

-6

-7

0

-8

-1

-2

V

gs

[V]

I

ds

[

A]

0,1

0,5

0,3

0,4

0,2

V

gs

=0

V

V

gs

=V

p

-1

-2

-3

-4

-5

-6

6

15

3

0

9

V

ds

[V]

12

-7

R

L 

= 34 Ω

46

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (e)

Wzmacniacz mocy (e)

 Prąd I

ds

 i 

napięcie 
V

gs0 

= - 4V przy 

pracy w 

klasie 

A.

 Prąd płynie 

cały okres.

V

gs

[

V]

-

5

-

4

-

3

-

6

-

7

0

-8

-

1

-

2

I

ds

[

A]

0,1

0,3

0,
4

0,2

t

t

0

T

2T

3T

 Klasa A:    = 

2; 

47

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (f)

Wzmacniacz mocy (f)

t

V

gs

[

V]

-

5

-

4

-

3

-

6

-

7

0

-8

-

1

-

2

I

ds

[

A]

0,1

0,3

0,
4

0,2

t

0

T

2T

3T

 Prąd I

ds

 i napięcie 

 V

gs0 

= - 6V  przy 

pracy w 

klasie AB.

 Prąd płynie 

dłużej, niż pół 
okresu.

 Klasa AB:  <  < 

2; 

48

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (g)

Wzmacniacz mocy (g)

V

gs

[

V]

-

5

-

4

-

3

-

6

-

7

0

-8

-

1

-

2

I

ds

[

A]

0,1

0,3

0,
4

0,2

 Klasa B:    = 

; 

t

0

T

2T

3T

t

 Prąd I

ds

 i 

napięcie 
 V

gs0 

= - 8V  przy 

pracy w 

klasie B.

 Prąd płynie pół 

okresu.

49

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (h)

Wzmacniacz mocy (h)

V

gs

[

V]

-

5

-

4

-

3

-

6

-

7

0

-8

-

1

-

2

I

ds

[

A]

0,1

0,3

0,
4

0,2

0

T

2T

3T

t

 Prąd I

ds

 i napięcie 

 V

gs0 

= - 9V  przy 

pracy w 

klasie C

.

 Prąd płynie 

krócej, niż pół 
okresu.

 Klasa C:     < ; 

t

50

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (i) 

 Cechy charakterystyczne klas A, AB, B i C, w 
których pracują
     wzmacniacze mocy. 

Klasa 

wzmacniacza

Prąd w 

punkcie pracy

Kąt przepływu

Klasa A

I

d 

= I

MAX

/2

 = 2;

Klasa AB

0< I

d

< I

MAX

/2

 <  <2;

Klasa B

I

d 

= 0; V

gs 

= V

p0

 = 

Klasa C

I

d 

= 0; V

gs 

< V

p0

 < 

51

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (j)

 Wpływ kąta przelotu na zawartość harmonicznych i składowej DC.

Am

pli

tuda (

I

MAX

=1

)



0

0,5

2

0,4

0,3

0,2

0,1

0

-0,1

3/2



/2

f

2f

3f

4f

5f

DC

52

 10. Wzmacniacze

 Punkt pracy określony przez V

ds0

, dobór klasy 

A, AB, B i C przez dobór rezystancji R

L

. 

Ze względu na punkt 
pracy 
charakteryzujemy 
następująco warunki 
pracy wzmacniacza : 

 Klasa A: 

I

d

 = I

MAX

/2; 

 Klasa AB:

 0 < I

d

 < I

MAX

/2; 

 Klasa B: 

I

d

 = 0; V

gs

 = V

p0

; 

 Klasa C: 

I

d

 = 0; V

gs

 < V

p0

; 

0

V

ds

[V]

0,1

0,4

I

d

[A]

0,2

I

MAX

V

K

V

gs

=0

V

gs

=V

p

0

AB

A

B

Wzmacniacz mocy (k)

Wzmacniacz mocy (k)

6

15

3

9

12

53

 10. Wzmacniacze

 Schemat ideowy obwodu wzmacniacza mocy.

Wzmacniacz mocy (l)

Wzmacniacz mocy (l)

R

L

V

0D

S

L

C

L

DC1

C

DC

Y

L

V

0G

S

P

W

E

P

WY

P

O

P

AB

S

L

DC2

 Elementy L

DC

 i C

DC

 służą ustaleniu punktu pracy. 

 Obciążeniem jest obwód rezonansowy. 

54

 10. Wzmacniacze

Wzmacniacz mocy (m)

Wzmacniacz mocy (m)

 Bilans mocy wzmacniacza jest następujący

;

P

P

G

WE

WY



;

P

P

P

PAE

0

WE

WY









;

P

P

P

P

WY

ABS

0

WE







 Wzmocnienie 
mocy:

 
Sprawność:

 P

0

 - moc prądu stałego,

 P

WE

 - moc sygnału doprowadzonego do 

wejścia wzmacniacza,
 P

WY

 – moc dostarczona do obciążenia,

 P

ABS

 - moc tracona w samym tranzystorze.