Hvad er de operativ principper for en bredbåndsforstærker?

Grundlæggende begreb

En bredbåndsforstærker er en elektronisk kreds, der kan forstærke signaler over et bredt frekvensområde. I modsætning til smalbåndsforstærkere forbliver forstærkningsgraden af bredbåndsforstærkere relativt stabil over et relativt bredt frekvensområde.

Arbejdsgang

Transistortilvalg og udnyttelse af karakteristika

Bredbåndsforstærkere anvender ofte transistorer med høje frekvenskarakteristika (som højfrekvens-bipolartransistorer eller felttransistorer) som forstærkningskomponenter. Med felttransistor (FET) som eksempel har FET karakteristiken af høj indgangsimpedans, hvilket gør, at den i bredbåndsforstærkerkredsen kan reducere belastningens indflydelse på den foregående kreds, således at inputsignalet bedre kan modtages og forstærkes. Ved høje frekvenser vil nogle karakteristika hos transistorerne (som elektrodekapacitans, afklippingsfrekvens osv.) påvirke forstærkningsydeevnen. For bredbåndsforstærkere vælges transistorer med højere afklippingsfrekvens, og de negative effekter af faktorer som elektrodekapacitans kan reduceres ved en fornuftig kredsdesign.

Kredsdannelsen og frekvenskompensation

Almindelig emitter-alment basis (CE-CB) eller almindelig kilde-alment gate (CS-CG) struktur

I bredbåndsforstærkere bruges ofte cascade-strukturer med almindelig emitter - alment basis (for bipolare transistorer) eller almindelig kilde - alment gate (for felttransistorer). I tilfældet med almindelig emitter-alment basis strukturen giver almindelig emitter-trinnet en større spændingsforstærkning, mens alment basis-trinnet har bedre højfrekvenskarakteristika (som lavere indgangskapacitans og højere afklippingsfrekvens). Udgangssignalet fra almindelig emitter-trinnet kobles direkte til inputtet på alment basis-trinnet, og høj afklippingsfrekvens-karakteristikken af alment basis-trinnet kan udvide båndbredten af hele kredsen. Denne struktur kan effektivt forbedre forstærkerens højfrekvenssvar evne, samtidig med at det sikrer en vis spændingsforstærkning, for at opnå bredbåndsforstærkning.

Frekvenskompensationsteknik

For at yderligere udvide forstærkerens båndbredde anvendes også frekvenskompensationsteknik. En af de almindelige metoder er at bruge kapacitetskompensation. For eksempel føjes en passende kompensationskapacitor til mellemtrinsforbindelsen i forstærkeren. Når signalfrekvensen stiger, falder kapacitiv reaktans af kompensationskapacitoren, hvilket kan give et ekstra signalvej, der forbedrer forstærkernes forstærkningskarakteristika i højfrekvensområdet, og gør forstærkningen mere stabil over et bredt frekvensområde.

Anvendelse af negativ feedback

Negativ feedback teknologi anvendes bredt i bredbåndsforstærkere. Ved at introducere en negativ feedback-netværk mellem outputtet og inputtet på forstærkeren, kan forstærkerens ydeevne effektivt forbedres. Negativ feedback kan reducere forstærkningssensitiviteten, hvilket gør forstærkningen mere stabil over et bredt frekvensområde. For eksempel oplever ikke forstærkerens output store forstærkningsfluktueringer, når frekvensen af inputsignalene ændres, pga. negativ feedback. Desuden kan negativ feedback også forbedre forstærkerens linearitet, reducere støj og forvrængning, hvilket er meget vigtigt for at behandle signaler med forskellige frekvenser og amplituder i bredbåndsforstærkning.