Welche Funktionsprinzipien hat ein Breitbandverstärker?

Grundkonzept

Ein Breitbandverstärker ist ein elektronisches Schaltkreis, der in der Lage ist, Signale über einen weiten Frequenzbereich hinweg zu verstärken. Im Gegensatz zu Bandbreitenverstärkern bleibt die Verstärkung von Breitbandverstärkern über einen relativ weiten Frequenzbereich hinweg relativ stabil.

Funktionsprinzip

Transistorauswahl und Nutzung der Eigenschaften

Breitbandverstärker verwenden in der Regel Transistoren mit hohen Frequenzeigenschaften (wie Hochfrequenz-Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren) als Verstärkungselemente. Am Beispiel des Feldeffekttransistors (FET) hat der FET die Eigenschaft eines hohen Eingangsimpedanz, was es im Breitbandverstärkerschaltkreis ermöglicht, den Einfluss der Last auf den vorherigen Schaltkreis zu reduzieren, um das Eingangssignal besser zu empfangen und zu verstärken. Bei hohen Frequenzen beeinflussen einige Eigenschaften des Transistors (wie Elektrodenkapazität, Sperrfrequenz usw.) die Verstärkungsleistung. Für Breitbandverstärker werden Transistoren mit höherer Sperrfrequenz ausgewählt, und die negativen Auswirkungen von Faktoren wie der Elektrodenkapazität können durch eine sinnvolle Schaltungsentwicklung reduziert werden.

Schaltkreisstruktur und Frequenzkompensation

Gemeinsamer Emitter - gemeinsamer Basis (CE-CB) oder gemeinsame Quelle - gemeinsames Gatter (CS-CG) Struktur

In Breitbandverstärkern werden häufig Kaskadenstrukturen mit gemeinsamem Emitter - gemeinsamer Basis (für Bipolartransistoren) oder gemeinsamer Quelle - gemeinsames Gatter (für Feldeffekttransistoren) verwendet. Im Fall der Struktur mit gemeinsamem Emitter - gemeinsamer Basis bietet die Stufe mit gemeinsamem Emitter eine größere Spannungsverstärkung, während die Stufe mit gemeinsamer Basis bessere Hochfrequenzeigenschaften aufweist (wie geringere Eingangskapazität und höhere Sperrfrequenz). Das Ausgangssignal der Stufe mit gemeinsamem Emitter wird direkt an die Eingangsstufe mit gemeinsamer Basis gekoppelt, und die hohe Sperrfrequenz der Stufe mit gemeinsamer Basis kann die Bandbreite des gesamten Schaltkreises erweitern. Diese Struktur kann die Hochfrequenzantwortfähigkeit des Verstärkers wirksam verbessern, während gleichzeitig eine bestimmte Spannungsverstärkung gewährleistet wird, um so eine Breitbandverstärkung zu erreichen.

Frequenzkompensationstechnik

Um die Bandbreite des Verstärkers weiter zu erweitern, wird auch die Frequenzkompensationstechnik eingesetzt. Eine der gängigen Methoden ist die Verwendung einer Kapazitätskompensation. Zum Beispiel wird ein geeigneter Kompensationskondensator an der Verbindung zwischen den Stufen des Verstärkers hinzugefügt. Wenn die Signalfrequenz steigt, nimmt der kapazitive Widerstand des Kompensationskondensators ab, was einen zusätzlichen Signalpfad bereitstellt und somit die Verstärkungseigenschaften des Verstärkers im Hochfrequenzbereich verbessert, wodurch die Verstärkung des Verstärkers in einem weiten Frequenzbereich stabiler wird.

Die Anwendung negativer Rückkopplung

Die Technik der negativen Rückkopplung wird in Breitbandverstärkern weit verbreitet eingesetzt. Durch die Einführung eines negativen Rückkopplungsnetzwerks zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers kann die Leistung des Verstärkers effektiv verbessert werden. Negative Rückkopplung kann die Verstärkungsempfindlichkeit des Verstärkers reduzieren, sodass die Verstärkung des Verstärkers in einem weiten Frequenzbereich stabiler wird. Zum Beispiel erfahren die Ausgänge des Verstärkers bei Änderungen der Eingangsfrequenz aufgrund der negativen Rückkopplung keine großen Schwankungen der Verstärkung. Darüber hinaus kann negative Rückkopplung auch die Linearität des Verstärkers verbessern, Rauschen und Verzerrungen reduzieren, was für die Verarbeitung von Signalen unterschiedlicher Frequenzen und Amplituden bei Breitbandverstärkung sehr wichtig ist.