Wirkungsgrad

Ein Verstärker entnimmt seiner Spannungsversorgung eine Gleichstromleistung und wandelt einen Teil davon in hochfrequente Ausgangsleistung um (vgl. Abbildung EA-8.19.1). Ein weiterer Teil wird hauptsächlich als Wärme im Transistor und in anderen Bauteilen umgesetzt. Dazu trägt insbesondere der Ruhestrom bei, der auch ohne Eingangssignal fließt, welchen wir im folgenden Kapitel genauer betrachten.

Abbildung EA-8.19.1: Leistungsfluss eines Verstärkers mit zugeführter Gleichstromleistung, HF-Ausgangsleistung und Verlustleistung

Der Wirkungsgrad $\eta$ gibt an, welcher Anteil der zugeführten Gleichstromleistung als nutzbare HF-Leistung am Ausgang des Verstärkers zur Verfügung steht:

$$\eta = \frac{P_\mathrm{HF}}{P_\mathrm{DC}}$$

Dabei ist $P_\mathrm{HF}$ die hochfrequente Ausgangsleistung und $P_\mathrm{DC}$ die von der Spannungsversorgung aufgenommene Gleichstromleistung. Diese lässt sich aus Versorgungsspannung und aufgenommenem Strom berechnen:

$$P_\mathrm{DC} = U_\mathrm{B} \cdot I_\mathrm{B}$$

Der Wirkungsgrad ist ein Verhältnis ohne Einheit und kann höchstens den Wert $\num{1}$ erreichen. Meist wird er jedoch in Prozent angegeben:

$$\eta_\mathrm{\%} = \eta \cdot \qty{100}{\percent}$$

Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der aufgenommenen Leistung als Wärme verloren geht. Bei einem niedrigen Wirkungsgrad muss dagegen eine entsprechend größere Verlustleistung durch Kühlkörper oder andere Maßnahmen abgeführt werden.

In den folgenden Prüfungsfragen wird der Wirkungsgrad als Verhältnis der HF-Ausgangsleistung zur aufgenommenen Gleichstromleistung betrachtet. Eine gegebenenfalls zusätzlich angegebene HF-Eingangsleistung wird bei dieser vereinfachten Berechnung nicht berücksichtigt.

AD430: 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 ...
AD429: 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?

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