Search

U radu je bilo potrebno objasniti osnovne značajke pojačala i bitne pojmove koji se vežu uz njih, kao i načine podjela pojačala u različite klase na temelju njihova načina rada. Nadalje, bilo je potrebno objasniti glavne razlike između tranzistorskih i cijevnih pojačala na način da se ne oslanja na subjektivnost slušatelja već na mjerljive podatke kao što su izobličenja signala različitih tehnologija pri određenim pojačanjima. Nešto detaljnije je objašnjena i cijevna tehnologija, odnosno osnove termoelektronske emisije i način rada trioda. Krajnji cilj završnog rada bio je implementirati cijevno pojačalo koristeći ECC82 dvostruku triodu proizvođača JJ Electronic. Nakon implementacije, laboratorijskim mjerenjima utvrđeno je da je dobiveno pojačalo zadovoljavajućeg pojačanja kao i iznimno ravne frekvencijske karakteristike. Izobličenja pojačala primijećena su tek pri ulaznim naponima koja svakako nisu namijenjena za pojačalo ovakve namijene. The paper aimed to explain the essential characteristics of an amplifier and important terms connected to them, as well as the classification of amplifiers based on their working principles. It was also necessary to explain the main difference between transistor and tube amplifiers in a way that doesn't rely on the subjectivity of the listener but rather on measurable data like signal distortion with different gains. Tube technology was also explained in more detail with thermionic emission and basic working principles of a triode. The end goal of the paper was to implement a tube amplifier using an ECC82 double triode manufactured by JJ Electronic. After the implementation, lab measurements showed good signal gain and flat frequency response results. However, signal distortion was also noticed with input amplitudes that exceed the amplitudes meant for this kind of amplifier.

U ovome je radu prikazan postupak projektiranja radio-frekvencijskog pojačala snage sa HCBT-om za rad na frekvencijama 900MHz i 2,4GHz. Definirani su parametri koji će se određivati tijekom projektiranja: pojačanje snage, kolektorska efikasnost, efikasnost dodane snage, točka kompresije, S parametri i stabilnost. Objašnjene su karakteristike mikrotrakastih linija. Opisana je struktura bipolarnog tranzistora s horizontalnim tokom struje. Prilagodba impedancije je izvedena pomoću L-mreže za frekvenciju 900MHz i pomoću stuba za frekvenciju 2,4GHz. Za oba pojačala je prikazana istosmjerna analiza i prema njoj određivanje vrijednosti impedancije trošila za maksimalan prijenos snage metodom load pull. Parametri pojačala su simulirani u programu Advanced Design Systems s modelima HCBT-a, mikrotrakastih linija i komponenata iz Muratinog kataloga. Tiskana pločica je projektirana u programu KiCad. This thesis shows a radio-frequency power amplifier designing procedure with HCBT for frequencies 900MHz and 2.4GHz. Main power amplifier parameters were defined: power gain, collector efficiency, power added efficiency, compression point, S parameters, and stability. Microstrip line characteristics were described. Structure of Horizontal Current Bipolar Transistor was shown. Impedance matching was derived with L-network for a frequency of 900MHz, and with stub for a frequency of 2.4GHz. They have presented DC analyses for both amplifiers, and, with these results, have determined the value of impedance for which is maximum power transfer with the load-pull method. All parameters were simulated in Advanced Designs Systems software with models of HCBT, microstrip lines, and components from the Murata catalog. PCB was designed in KiCad software.

U ovom završnom radu projektirana su radiofrekvencijska pojačala snage sa silicij- germanijskim bipolarnim tranzistorom BFQ 790. Projektirana su pojačala snage klase A i AB. Za pojačalo u klasi A radna točka je postavljena na polovicu radnog pravca, a optimalno zaključenje izlaza određeno je povlačenjem tereta. Prilagodna mreža ulaza prilagođena je na konjugirano kompleksnu vrijednost ulazne impedancije, a izlazna na vrijednost dobivenu analizom povlačenja tereta. Pojačalo klase AB ostvareno je pomicanjem statičke radne točke bliže zapiranju. Za projektiranje prilagodnih mreža na ulazu i izlazu, napravljena je analiza povlačenja tereta pri čemu je na ulazu varirana samo realna komponenta ulazne terminacije. Projektirano pojačalo ima efikasnost 67.404 %, pojačanje 17.469 dB i izlaznu snagu 21.939 dBm. In this document radio frequency power amplifiers with silicon-germanium bipolar transistor BFQ 790 are designed. Class A and class AB power amplifiers are designed. For a Class A amplifier, the operating point is set at the half of the load-line, and the optimal output termination is determined with load pull analysis. Input matching network is designed for the complex conjugate matching and the output network for the matching to the load impedance obtained from the load-pull simulation. The class AB amplifier is achieved by moving the operating point closer to the cutoff region. Input and output matching networks are designed by using source and load-pull results. Only real component of the input termination was varied. The designed amplifier has an efficiency of 67,404%, a gain of 17,469 dB and an output power of 21,939 dBm.

U ovom radu trebalo je analizirati tranzistorska gitarska pojačala u povijesnom kontekstu odnosno njihov razvoj iz cijevnih pojačala, zatim navesti glavne značajke cijevnih i tranzistorskih pojačala te usporediti njihove prednosti i nedostatke. Također, detaljno su objašnjeni načini rada pojačala klase A, B i AB. Glavni cilj rada bio je izraditi predpojačalo klase A i izlazno pojačalo klase AB. Svako pojačalo implementirano je na zasebnu pločicu dimenzija 20 cm x 15 cm. Uzete su Rickenbackerove sheme, ali nisu korišteni svi originalni dijelovi i lemljeno je ručno pa se dobiva blaga distorzija. Za napajanje se koristio naponski izvor, a signali su se prikazivali na osciloskopu. Testiranje je obavljeno pomoću bass gitare, funkcijskog generatora i mono zvučnika. Na temelju mjerenja dobivena je frekvencijska karakteristika i testirani su tonovi 𝐴3 i 𝐺4. Signali su invertirani, ali to ne utječe na zvuk. In this final paper, the solid-state guitar amplifiers are analyzed in the historical context regarding their development from the vacuum tube amplifiers, then the main features of the vacuum tube and solid-state amplifiers are indicated and their differences are compared. Moreover, the A, B and AB classes of amplifiers are explained thoroughly. The main objective is to create the class A preamplifier and the class AB power amplifier. Each amplifier is implemented on a separate 20 cm x 10 cm board. Rickenbacker’ schemes were used, but not all the original components are utilised and it is soldered manually. Therefore, a slight distortion occurs. The power voltage source is used and the signals are displayed on the oscilloscope. Testing is performed using the bass guitar, the function generator and the mono speaker. Based on the measurements, the frequency characteristic is obtained and the tones 𝐴3 and 𝐺4 are tested. The signals are inverted, but that does not affect the sound.

U ovom radu napravljen je kratak pregled bežičnih komunikacijskih tehnologija njihovih zahtjeva, frekvencija, snaga. Opisane su osnove projektiranja RF pojačala snage. Projektirano je RF pojačalo snage klase A koristeći računalni alat ADS s mrežama za transformaciju impedancije za frekvencije od 900 MHz, 1,8 GHz i 2,4 GHz. Izrađena je pločica za pojačalo projektirana u računalnom alatu kiCAD. Izrađena su četiri pojačala snage jedno s prilagodnim mrežama impedancije dobivenih iz SCM analize i tri s prilagodnim mrežama impedancije dobivenim Load-pull analizom. Na pojačalima su izmjerena pojačanja, snage i određena efikasnost. Na kraju su rezultati dobiveni mjerenjem uspoređeni sa onim dobivenim simulacijom na računalu. In this paper we have short look in wireless communication technology and their requirements, frequency, power. The basics of RF power design are described. Main part of this paper is designing of RF power amplifier class A and corresponding impedance matching networks using software system ADS. Amplifiers are designed at frequencies of 900 MHz, 1,8 GHz and 2,4 GHz. There were four amplifiers built one designed using SCM analysis and three using Load pull analysis. In the designing of PCBs for amplifiers kiCAD software were used. The amplifier gain and power delivered were measured and the efficiency were determined. In the end we compared results obtained by measuring on real model and one obtained from computer simulation.

Pojačalo snage klase A pojačava razinu snage signala koji mu je dovedena na ulazne priključnice. Njegova zadaća nije samo povećati snagu, već povećati tu snagu čim je moguće više, a da pritom ne dođe do izobličenja samog signala. Osnovni dio svakog pojačala je tranzistor, a u ovom radu je korišten bipolarni tranzistor s horizontalnim tokom struje (HCBT), koji je izumljen na Fakultetu elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu. Najvažniji dio izrade pojačala snage je projektiranje prilagodnih mreža za maksimalni prijenos snage. Za to je korištena metoda load-pull. Projektirana su tri pojačala za rad na 0.9 GHz, 1.8 GHz i 2.4 GHz. Rezultati dobiveni mjerenjem nisu bili jednaki rezultatima simulacija. Izmjerena pojačanja bila su manja od očekivanih, no pojačalo projektirano za rad na frekvenciji 900 MHz premašilo je očekivani iznos snage predane trošilu te može predati snagu od 21.9 dBm u linearnom režimu rada. Class A power amplifier amplifies the power of the signal connected to its input port. Its job is not only to increase the level of power, but to do it as much as it is possible, while not allowing signal distortion. Fundamental part of every amplifier is a transistor, and in this thesis a horizontal current bipolar transistor (HCBT) was used. HCBT is invented at the Faculty of Electrical Engineering and Computing, University of Zagreb. The most important part of power amplifier design is designing matching networks that will secure a maximum of delivered power. Load-pull technique was used. Three amplifiers were designed for working frequencies at 0.9 GHz, 1.8 GHz and 2.4 GHz. Measurement result were not identical to the simulation results. The measured gain was lower than expected, but the amplifier with working frequency at 900 MHz surpassed the expected amount of delivered power and can deliver the linear power of 21.9 dBm

Za izradu pojačala koristimo tranzistore koji, ovisno o spoju u kojem rade, ostvaruju naponsko i strujno pojačanje. Za pojačala snage oba pojačanja su nam bitna te se stoga najčešće koriste kaskade pojačala, odnosno dva ili više pojačala spojena u lanac kod kojeg npr. prvo pojačalo služi kao naponsko pojačalo, a drugo pojačalo kao strujno pojačalo. Posebna izvedba pojačala snage su audio pojačala snage koja su optimirana za rad sa zvučnicima u čujnom frekvencijskom spektru. Audio pojačala snage dolaze u mnogo različitih izvedbi, ali svima su zajednički ulazni stupanj i naponsko pojačalo. Ono po čemu se najviše razlikuju su izlazni stupnjevi koji služe kao strujno pojačalo i definiraju klasu pojačala. Najčešće se koriste push-pull izvedbe koje omogućuju korištenje pojačala B i AB klase u audio svrhe, ali i veću korisnost pojačala A klase. Za male izlazne snage, pojačalo može biti izvedeno kao tranzistor u spoju zajedničkog kolektora ili, rjeđe, u spoju zajedničkog emitera. Za veće snage potrebno je koristiti drivere, signalne tranzistore velikog strujnog pojačanja koji pogone izlazne tranzistore snage. Izlazni tranzistori i driveri konfiguriraju se na tri osnovna načina: kao dvostruki zajednički kolektor (Darlington spoj), komplementarni par (CFP) i kvazi-komplementarni par. Od toga CFP konfiguracija ima najmanju razinu izobličenja, dok je kvazi-komplementarni spoj na začelju. U svrhu ovog rada projektirana i izrađena su dva pojačala u izvedbi dvostrukog zajedničkog kolektora, jedno A i drugo AB klase kako bismo ih mogli usporediti. Simulacije i mjerenja potvrđuju teoriju. Pojačala A klase imaju nižu razinu harmoničkih izobličenja, ali i nižu korisnost. Obje klase pojačala daju dobar zvuk, ali pojačala A klase prvi su izbor audiofila iako su potrebni posebni uvjeti da bi se čula razlika između te dvije klase pojačala ako su dobro dizajnirana. The most common way to build amplifiers is by using transistors. Depending on topology, the amplifiers can be voltage or current ones. For power amplifiers we need both voltage and current gain, therefore we use several amplifiers (stages) connected in cascade. Three main stages are usually used: input stage, voltage amplifier stage (VAS) and current amplifier stage (output stage). Special type of power amplifiers are audio power amplifiers that are optimized for driving loudspeakers and for amplifying frequency band that humans can hear. Audio amplifiers can come in different forms, but what makes them different from one another is a way how current amplifier stage is designed. That defines amplifier class. Push-pull configuration is most commonly used as it enables B and AB class amplifiers to be used as audio amplifiers, and it also improves class A amplifiers efficiency. For small output power, an amplifier can be made with a simple common collector or, rarely, a common emiter topology. For larger output power we use drivers, smaller signal transistors with greater current gain that drive large output power transistors. Output transistors and drivers can be arranged in three basic configurations: double common collector (Darlington configuration), complementary feedback pair (CFP) and quasi-complementary pair. CFP configuration is the most linear with the smallest distortion level. On the other hand, quasi-complementary pair is the worst one regarding distortion. Two amplifiers with double common collector topology, one class A and one class AB, were built as part of this thesis so we could compare them. Simulations and measurements confirm that class A amplifiers are more linear, therefore they produce less harmonic distortion, but with cost in terms of efficiency and large heatsink. Both amplifiers sound well connected to the speakers, but class A amplifiers are better options for audiophiles, although special conditions are necessary to distinguish two well-made class A and AB amplifiers.