Sändaren: oscillatorer och förstärkare

Hur en sändare skapar en stabil frekvens och lyfter den till full effekt. Oscillatorvillkoret, förstärkarklasserna A till F med verkningsgrad, övertoner och lågpassfilter, ALC, anpassning till antennen och kylning.

Fördjupning14 min läsningGranskad 24 oktober 2026

Innehåll

Sändarens uppbyggnad
Oscillatorn
Förstärkarklasser
Slutsteg med transistor och rör
Övertoner och lågpassfilter
ALC och skyddskretsar
Anpassning till antennen
Kylning
Kontrollfrågor

En sändare ska göra två saker: skapa en signal på exakt rätt frekvens och lyfta den till en effekt som räcker för att nå mottagaren. Frekvensen kommer från en oscillator, effekten från en kedja av förstärkare, och ju bättre kedjan utnyttjar sin energi, desto mindre värme och desto mindre oönskade signaler får du. Här går vi igenom hur oscillatorer fungerar, vad förstärkarklasserna A till F innebär och varför sändarens sista steg alltid följs av ett filter.

Sändarens uppbyggnad#

En sändare byggs oftast som en kedja där effekten stiger steg för steg (figur 1). En oscillator (eller en frekvenssyntes, se blandare, oscillatorer och frekvenssyntes) skapar bärvågen. En modulator eller blandare lägger på informationen (se vad är modulation). Därefter förstärker en drivare och ett slutsteg signalen till full effekt, och ett lågpassfilter tar bort övertoner innan signalen går till antennen.

Figur 1. Sändarens steg med exempel på effektnivåer. Varje steg ger förstärkning, och det är slutsteget som står för nästan all värmeutveckling. ALC-slingan (röd) sänker drivningen om utsignalen blir för stor.

Ordningen är inte slumpmässig. Oscillatorn håller man lågeffekt och skyddad från belastningsvariationer, eftersom varje liten förändring i frekvensen i det första steget ändrar sändarens hela frekvens. Slutsteget, som ger effekt, ligger sist. Om du ska höja effekten med en faktor 100 000, från 1 mW till 100 W, motsvarar det 50 dB förstärkning (se decibel), fördelat på flera steg.

Oscillatorn#

En oscillator är en förstärkare som matas med sin egen utsignal (figur 2, till vänster). Förstärkaren har förstärkningen $A$ , och ett återkopplingsnät, som oftast är ett filter, för en del $β$ av utsignalen tillbaka till ingången. Svängningar uppstår om slingförstärkningen $A β$ är minst 1 och fasvridningen runt slingan är en hel period, 0° eller 360°. Det är Barkhausens villkor.

I ett nystartat steg finns ingen signal, bara termiskt brus. Är $A β$ större än 1 växer bruset på frekvensen där fasvillkoret är uppfyllt exponentiellt (figur 2, till höger), tills förstärkaren närmar sig sin gräns. Då minskar förstärkningen, och slingförstärkningen sjunker till precis 1. Därefter ligger amplituden stabilt. Därför är det inte amplituden, utan återkopplingsnätet, som bestämmer frekvensen.

Figur 2. Oscillatorns princip. Slingan förstärker sitt eget brus tills förstärkaren begränsar amplituden, och svängningen stabiliseras när slingförstärkningen är exakt 1.

Återkopplingsnätet kan vara:

En LC-krets. I en Colpitts-oscillator delas kretsens kondensator i två, i en Hartley-oscillator har spolen ett uttag. Frekvensen är ungefär $f_{0} = 1 / (2 π \sqrt{L C})$ , se resonanskretsar och filter. Om kondensatorn är en vridkondensator eller en varaktordiod (se komponenter) går frekvensen att ändra. Det kallas VFO (variabel frekvensoscillator). LC-oscillatorer är flexibla men har låg stabilitet, eftersom Q-värdet är lågt och komponenterna ändrar sig med temperatur.
En kvartskristall. Kristallen är en extremt bra resonator med Q på 10 000 eller mer. En kristalloscillator håller sin frekvens med en noggrannhet på några tiondels till några tiotals miljondelar (ppm). Frekvensen går att justera något, typiskt några tiotal ppm, med en trimkondensator. För högre frekvenser används kristaller som svänger på en överton (en udda multipel av grundfrekvensen) eller så multipliceras frekvensen. För bättre stabilitet än så skyddas kristallen mot temperaturvariationer (TCXO) eller placeras i en värmd ugn (OCXO), se blandare, oscillatorer och frekvenssyntes.

Det är mer än en tiondel av en 12,5 kHz-kanal. Vid 10 MHz skulle samma 10 ppm bara ge 100 Hz fel. Frekvensfelet växer alltså i proportion till frekvensen, och det är en av anledningarna till att sändare på VHF och UHF kräver mycket stabilare referenser.

Förstärkarklasser#

En förstärkares klass anger hur stor del av perioden som transistorn leder ström. Den delen kallas ledvinkel $α$ och mäts i grader av den fulla perioden 360° (figur 3). Klassen bestäms av var transistorn förspänns, alltså av vilken basström eller gatespänning den får i vila.

Figur 3. Strömmen genom transistorn i fyra förstärkarklasser, beräknad för en sinusformad styrning. Ju mindre del av perioden transistorn leder, desto effektivare steg, men desto mer förvriden är strömmen. Den skuggade ytan visar ledvinkeln.

Klass A (ledvinkel 360°): transistorn leder hela tiden. Förstärkningen är linjär, men även utan signal drar steget full ström. Verkningsgraden är högst 50 % med avstämd last.
Klass AB (180–360°): transistorn leder mer än en halv period. Det är en kompromiss mellan klass A och B och används i de flesta linjära slutsteg.
Klass B (180°): transistorn leder under halva perioden. Ett steg ger en halvvåg, men två steg i push-pull, där en transistor tar plus och en minus, ger tillsammans hela vågen. Verkningsgraden är högst $π / 4 \approx 78,5$ %.
Klass C (under 180°): transistorn leder bara en kort stund i toppen av varje period. Strömmen blir pulser, och en avstämd krets i utgången får dem att bli en sinusvåg igen (kretsen ”svänger vidare” mellan pulserna). Verkningsgraden kan bli över 80 %, men utsignalen är inte proportionell mot insignalen. Klass C duger bara för signaler med konstant amplitud, till exempel FM och morsetelegrafi.
Klass D, E och F är omkopplande steg: transistorn är antingen helt på eller helt av. I klass D skapas en fyrkantsvåg av två transistorer som växelvis leder, och ett filter plockar ut grundtonen. Klass E och F utformar spänning och ström med reaktiva nät så att de aldrig är stora samtidigt, och därför blir förlusten i transistorn liten. Teoretiskt kan alla tre nå 100 %, i praktiken ofta 80–95 %.

Tabell 1. Förstärkarklasser. Verkningsgraderna är teoretiska maxvärden för ideala komponenter och avstämd last; praktiska värden är lägre.

Klass	Ledvinkel	Max verkningsgrad	Linjär?	Typisk användning
A	360°	50 %	Ja	Små signaler, drivsteg, lågdistorsion
AB	180–360°	50–78 %	Ja	Linjära slutsteg för SSB och digitala signaler
B	180°	78,5 %	Ja (push-pull)	Linjära slutsteg, ljudförstärkare
C	under 180°	över 78,5 %	Nej	FM, CW och andra signaler med konstant amplitud
D, E, F	omkoppling	upp till 100 %	Nej	Effektiva sändare för konstant amplitud; AM-modulatorer

och verkningsgraden blir

η = \frac{1}{2} \frac{V_{1}}{V_{D D}} \frac{I_{1}}{I_{0}} = \frac{α - \sin α}{2 (2 \sin (α / 2) - α \cos (α / 2))}

Det ger 50 % för $α = 360 °$ (klass A), $π / 4 = 78,5$ % för $α = 180 °$ (klass B) och 89,7 % för $α = 120 °$ . När ledvinkeln går mot noll går verkningsgraden mot 100 %, men utgångseffekten går mot noll (figur 4).

Figur 4. Verkningsgrad (vänster) och utgångseffekt jämfört med klass A vid samma toppström (höger) som funktion av ledvinkeln. Klass C ger hög verkningsgrad, men transistorn utnyttjas sämre: för att få samma effekt behövs en större transistor och mer drivning.

Slutsteg med transistor och rör#

I moderna sändare för HF till UHF används MOSFET-transistorer, ofta LDMOS-typer, eftersom de ger hög effekt vid låg matningsspänning. Transistorer baserade på galliumnitrid (GaN) klarar högre effekttäthet och högre frekvenser och används i basstationer, radar och nyare sändare. Elektronrör (tetroder och pentoder) lever kvar där man vill ha hög effekt med robust förstärkare, till exempel i rundradiosändare och kilowattsslutsteg för amatörradio. Rör arbetar vid många hundra till flera tusen volt och tål dålig anpassning bättre än transistorer, men behöver tid för uppvärmning och spänningsaggregat.

En transistor vid låg matningsspänning har en låg optimal lastresistans, eftersom effekten är $P = V^{2} / (2 R)$ för en sinusvåg med toppvärdet $V$ . Löser man ut $R$ får man ungefär $R_{o p t} \approx V_{D D}^{2} / (2 P)$ .

För att mata en 50 Ω-matarledning krävs en transformering av impedansen med $50 / 1,9 \approx 26$ , vilket motsvarar ett varvtalsförhållande på ca $\sqrt{26} \approx 5$ till 1 i en bredbandig transformator. I verkligheten är värdet något lägre, eftersom transistorn inte kan svänga hela vägen ned till noll volt. Därför blir slutstegets utgångsnät, med transformatorer eller LC-nät, en viktig del av konstruktionen (se svf och anpassning).

Övertoner och lågpassfilter#

Ett icke-linjärt steg, som klass C eller ett överstyrt klass AB-steg, skapar övertoner, alltså signaler på 2, 3, 4 gånger grundfrekvensen. Ju mer fyrkantig vågformen är, desto starkare övertoner: en ideal fyrkantsvåg har bara udda övertoner, där den tredje har en tredjedel av grundtonens amplitud, alltså $20 \log_{10} (1 / 3) \approx - 9,5$ dB. Två transistorer i push-pull tar bort jämna övertoner (2, 4, ...) genom symmetrin, men inte de udda.

Övertoner är ren störning. En amatörsändare på 7 MHz (40 m) har sin andra överton i 14 MHz-bandet och sin tredje överton i 21 MHz-bandet. Därför följs slutsteget av ett lågpassfilter som släpper igenom grundtonen och dämpar övertonerna (se resonanskretsar och filter, där ett sjupoligt filter för 40 m beräknas). Internationella regler anger hur mycket av sändarens effekt som får hamna utanför dess frekvensband. För amatörsändare under 30 MHz ska spuriösa emissioner enligt CEPT:s rekommendation ERC/REC 74-01 vara minst $43 + 10 \log_{10} (P E P)$ dB eller 50 dB under sändarens effekt, vilket av de två som är minst stränga¹. Över 5 W PEP är det alltså 50 dB som gäller.

Förutom övertoner finns andra oönskade signaler som sändaren ska hålla under kontroll: nyckelklick, alltså klickljud runt en morsesignal som slås på och av för hårt, fasbrus i oscillatorn som ger en bred brusmatta runt bärvågen och splatter när ett linjärt steg överstyrs (se linjäritet, intermodulation och dynamik).

ALC och skyddskretsar#

I ett linjärt slutsteg får insignalen inte vara så stor att steget går i mättning. Mättning klipper signalens toppar och sprider energi på närliggande frekvenser. Därför mäter en ALC (automatisk nivåreglering, eng. automatic level control) utsignalen eller drivningen och sänker förstärkningen i de tidigare stegen när nivån blir för hög (den röda slingan i figur 1). Principen liknar AGC i mottagaren, men verkar på sändsidan.

Slutsteget har dessutom skyddskretsar som minskar effekten eller stänger av sändaren vid:

för hög reflekterad effekt (se nästa avsnitt),
för hög ström eller för hög temperatur,
för hög matningsspänning.

Anpassning till antennen#

Slutsteget är konstruerat för en bestämd lastimpedans, nästan alltid 50 Ω. Matas en antenn med en annan impedans reflekteras en del av effekten tillbaka (se svf och anpassning). Förhållandet mäts med ståendevågförhållandet (SVF, eng. SWR). Vid SVF 2:1 är reflektionskoefficienten $Γ = (2 - 1) / (2 + 1) = 1 / 3$ , och reflekterad effekt är $Γ^{2} \approx 11$ % av den framåtgående. Den förlorade effekten blir inte bara oanvänd: transistorn belastas med en reflekterad våg, och spänningstoppar kan skada den. Många transistorsändare sänker därför effekten automatiskt när SVF stiger över ett värde som beror på konstruktionen. En antennavstämmare (tuner) mellan sändaren och matarledningen kan ge sändaren en bra last (se matarledningar), men den lagar inte en dålig antenn.

Kylning#

All effekt som inte blir radiovågor blir värme. Slutsteget kyls med en kylfläns, ofta med fläkt. Kylflänsens förmåga anges som termisk resistans i kelvin per watt (K/W): temperaturhöjningen är $Δ T = P_{v ä r m e} \cdot R_{t h}$ .

Tänk också på hur sändaren används. En SSB-sändare för tal har en medeleffekt som är betydligt lägre än toppeffekten, medan FM och digitala trafiksätt med konstant amplitud belastar slutsteget med full effekt hela tiden.

Kontrollfrågor#

Vilka två villkor måste vara uppfyllda för att en återkopplad förstärkare ska svänga?

Slingförstärkningen $A β$ måste vara minst 1 och fasvridningen runt slingan måste vara 0° (eller en multipel av 360°). Det är Barkhausens villkor.

Varför använder man kristall i en oscillator som ska ha hög frekvensstabilitet?

Kristallen är en resonator med mycket högt Q (över 10 000), och frekvensen bestäms av kristallens mekaniska svängning i stället för av spolar och kondensatorer som driver med temperatur och tid.

En kristalloscillator på 12 MHz har noggrannheten 5 ppm. Hur stort kan frekvensfelet vara?

$Δ f = 12 \cdot 10^{6} \cdot 5 \cdot 10^{- 6} = 60$ Hz.

Vad är ledvinkeln för klass A, B och C, och vad är teoretiskt max för verkningsgraden i klass B?

Klass A 360°, klass B 180° och klass C under 180°. Klass B kan högst nå $π / 4 \approx 78,5$ %.

En klass AB-sändare har verkningsgraden 50 % och avger 200 W. Hur stor är likströmseffekten och hur mycket värme utvecklas?

$P_{D C} = 200 / 0,5 = 400$ W, så värmen är $400 - 200 = 200$ W.

Varför kan klass C inte användas för SSB?

SSB har en varierande amplitud som måste förstärkas proportionellt. Klass C är inte linjär: utsignalen blir inte proportionell mot insignalen, och amplituden förvrängs. Klass C passar bara för signaler med konstant amplitud, som FM och CW.

En 100 W-sändare på 14 MHz har andra övertonen 25 dB under grundtonen. Hur mycket extra dämpning behövs för att klara kravet 50 dB?

Kravet är 50 dB under grundtonen och övertonen ligger redan 25 dB under, så filtret behöver dämpa minst $50 - 25 = 25$ dB vid 28 MHz.

Vid SVF 3:1 går en del av effekten tillbaka. Hur stor andel?

$Γ = (3 - 1) / (3 + 1) = 0,5$ och $Γ^{2} = 0,25$ , alltså 25 % av den framåtgående effekten reflekteras.

ERC/REC 74-01 (senaste rättelse 2022-05-23) och ITU Radio Regulations, Appendix 3: för amatörsändare under 30 MHz $43 + 10 \log_{10} (P E P)$ dB eller 50 dB, det av de två som är minst strängt, med referensbandbredden 4 kHz. Vid 5 W PEP är de två lika. Kontrollera alltid gällande version och PTS tillämpning. ↩

Källor och vidare läsning

CEPT/ECC (2022). ERC Recommendation 74-01: Unwanted emissions in the spurious domain. Gränser för spuriösa emissioner. För amatörsändare under 30 MHz gäller 43 + 10 log(PEP) eller 50 dB, det minst stränga, med referensbandbredden 4 kHz. Hämtad 24 oktober 2026.
ITU-R (2012). Radio Regulations, Appendix 3: Tolerances for transmitter power and unwanted emissions (kopia av REV.WRC-12). Samma gränser för spuriösa emissioner i radioreglementet. Hämtad 24 oktober 2026.
CEPT/ECC (2024). Recommendation T/R 61-02: Harmonised Amateur Radio Examination Certificate (HAREC), bilaga 6 (examenssyllabus). Provet omfattar oscillatorer, förstärkarklasserna A, AB, B och C, blandare, multiplikatorer, slutsteg, utgångsfilter, nyckelklick och fasbrus. Hämtad 24 oktober 2026.
S. C. Cripps, Artech House (2006). RF Power Amplifiers for Wireless Communications, 2:a upplagan. Behandlar förstärkarklasser, ledvinkel och verkningsgrad.
B. Razavi, Prentice Hall (2011). RF Microelectronics, 2:a upplagan (oscillatorer och effektförstärkare).
P. Horowitz och W. Hill, Cambridge University Press (2015). The Art of Electronics, 3:e upplagan.

Läs vidare

Citera den här sidan

Använd gärna kunskapsbanken som källa i rapporter och uppsatser. Ange alltid datum, eftersom regler och tilldelningar ändras.

APA 7

SRFA Kunskapsbank. (2026). Sändaren: oscillatorer och förstärkare. Sveriges Radiofrekvensallokering. https://srfa.se/kunskap/radioteknik/sandare/

Harvard

Sveriges Radiofrekvensallokering (2026). Sändaren: oscillatorer och förstärkare. SRFA Kunskapsbank. Tillgänglig: https://srfa.se/kunskap/radioteknik/sandare/ (hämtad 24 oktober 2026).

Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.