¿Cuáles son los principios de funcionamiento de un amplificador de banda ancha?

Concepto básico

Un amplificador de banda ancha es un circuito electrónico capaz de amplificar señales en un rango de frecuencias amplio. A diferencia de los amplificadores de banda estrecha, la ganancia de los amplificadores de banda ancha permanece relativamente estable en un rango de frecuencias bastante amplio.

Principio de funcionamiento

Selección de transistores y utilización de características

Los amplificadores de banda ancha suelen utilizar transistores con características de alta frecuencia (como transistores bipolares de alta frecuencia o transistores de efecto de campo) como elementos de amplificación. Tomando como ejemplo el transistor de efecto de campo (FET), este tiene la característica de una impedancia de entrada alta, lo que permite reducir la influencia de la carga en el circuito anterior, mejorando así la recepción y amplificación de la señal de entrada. A altas frecuencias, algunas características del transistor (como la capacitancia de los electrodos, la frecuencia de corte, etc.) afectarán el rendimiento de amplificación. Para amplificadores de banda ancha, se seleccionan transistores con una frecuencia de corte más alta, y los efectos adversos de factores como la capacitancia de los electrodos pueden reducirse mediante un diseño de circuito razonable.

Estructura del circuito y compensación de frecuencia

Estructura emisor común base común (CE-CB) o fuente común puerta común (CS-CG)

En amplificadores de banda ancha, se utilizan a menudo estructuras en cascada de emisor común - base común (para transistores bipolares) o fuente común - puerta común (para transistores de efecto de campo). En el caso de la estructura emisor común - base común, la etapa de emisor común proporciona una mayor ganancia de voltaje, y la etapa de base común tiene mejores características de alta frecuencia (como menor capacitancia de entrada y mayor frecuencia de corte). La señal de salida de la etapa de emisor común se acopla directamente a la entrada de la etapa de base común, y la característica de alta frecuencia de corte de la etapa de base común puede extender la banda de frecuencias del circuito completo. Esta estructura puede mejorar eficazmente la capacidad de respuesta de alta frecuencia del amplificador mientras se asegura una cierta ganancia de voltaje, logrando así la amplificación de banda ancha.

Técnica de compensación de frecuencia

Para extender aún más la banda de frecuencias del amplificador, también se utiliza la técnica de compensación de frecuencia. Uno de los métodos comunes es el uso de compensación capacitiva. Por ejemplo, se añade un capacitor de compensación adecuado a la conexión intermedia del amplificador. Cuando la frecuencia de la señal aumenta, la reactancia capacitiva del capacitor de compensación disminuye, lo que puede proporcionar una ruta adicional de señal, mejorando así las características de ganancia del amplificador en la banda de alta frecuencia, haciendo que la ganancia del amplificador sea más estable en un rango de frecuencias amplio.

Aplicación de la retroalimentación negativa

La tecnología de retroalimentación negativa se utiliza ampliamente en amplificadores de banda ancha. Al introducir una red de retroalimentación negativa entre la salida y la entrada del amplificador, se puede mejorar eficazmente el rendimiento del amplificador. La retroalimentación negativa puede reducir la sensibilidad de la ganancia del amplificador, haciendo que la ganancia del amplificador sea más estable en un rango de frecuencias amplio. Por ejemplo, cuando cambia la frecuencia de la señal de entrada, la salida del amplificador no experimenta grandes fluctuaciones de ganancia debido a la retroalimentación negativa. Además, la retroalimentación negativa también puede mejorar la linealidad del amplificador, reducir el ruido y la distorsión, lo cual es muy importante para procesar señales de diferentes frecuencias y amplitudes en la amplificación de banda ancha.