Jaké jsou principy fungování širokopásmového zesilovače?

Základní koncept

Širokopásmový zesilovač je elektronický obvod schopný zesilovat signály v širokém frekvenčním rozsahu. Na rozdíl od úzkopásmových zesilovačů zůstává zisk širokopásmových zesilovačů relativně stabilní v relativně širokém frekvenčním rozsahu.

Princip fungování

Výběr tranzistoru a využití jeho charakteristik

Širokopásmové zesilovače obvykle používají tranzistory s vysokofrekvenčními charakteristikami (jako jsou vysokofrekvenční bipolární tranzistory nebo poleové tranzistory) jako zesilovací prvky. Na příkladu poleového tranzistoru (FET), FET má charakteristiku vysoké vstupní impedance, což umožňuje v širokopásmovém zesilovači snížit vliv zátěže na předchozí obvod, aby lépe přijímal a zesiloval vstupní signál. Vysoké frekvence mohou některé charakteristiky tranzistoru (jako jsou kapacitance elektrod, kritická frekvence atd.) ovlivnit zesilovací výkon. Pro širokopásmové zesilovače se vybírají tranzistory s vyšší kritickou frekvencí a nepříznivé účinky faktorů, jako je kapacitance elektrod, lze snížit vhodnou obvodovou konstrukcí.

Obvodová struktura a kompenzace frekvence

Struktura společné emitor - společná báze (CE-CB) nebo společný zdroj - společná brána (CS-CG)

V širokopásmových zesilovačích se často používají kaskádové struktury společný emitor - společná báze (pro bipolární tranzistory) nebo společný zdroj - společná brána (pro poleové tranzistory). U struktury společný emitor - společná báze poskytuje fáze společného emitru větší napěťový zisk, a fáze společné báze má lepší vysokofrekvenční charakteristiky (jako nižší vstupní kapacitance a vyšší kritická frekvence). Výstupní signál fáze společného emitru je připojen přímo k vstupu fáze společné báze, a vysoká kritická frekvence fáze společné báze může rozšířit pásmo celého obvodu. Tato struktura efektivně zlepšuje vysokofrekvenční odezvu zesilovače, zatímco zajišťuje určitý napěťový zisk, aby bylo možné dosáhnout širokopásmového zesilování.

Technika kompenzace frekvence

Pro dále rozšíření pásma zesilovače se také používá technika kompenzace frekvence. Jedním z běžných způsobů je použití kapacitní kompenzace. Například do meziúrovňového spojení zesilovače se přidá vhodná kompenzační kondenzátor. Když se frekvence signálu zvýší, reaktance kompenzačního kondenzátoru klesne, což může poskytnout dodatečnou cestu pro signál, tím pádem zlepšuje charakteristiky zesilování vysokofrekvenčního pásma, díky čemuž je zisk zesilovače stabilnější v širokém frekvenčním rozsahu.

Aplikace záporné zpětné vazby

Technologie záporné zpětné vazby se široce používá v širokopásmových zesilovačích. Přidáním sítě záporné zpětné vazby mezi výstup a vstup zesilovače lze efektivně zlepšit výkon zesilovače. Záporná zpětná vazba může snížit citlivost zesilovače na zisk, což způsobí, že zisk zesilovače je stabilnější v širokém frekvenčním rozsahu. Například, když se frekvence vstupního signálu mění, výstup zesilovače nedokáže kvůli záporné zpětné vazbě zažít velké fluktuace zisku. Navíc záporná zpětná vazba může také zlepšit lineárnost zesilovače, snížit šum a zkreslení, což je velmi důležité pro zpracování signálů různých frekvencí a amplitud v širokopásmovém zesilování.