Mitkä ovat laajakaistaisen vahvistimen toimintaperiaatteet

Perusidea

Laajakaistainen vahvistin on sähköinen piiri, joka kykenee vahvistamaan signaaleja laajalla taajuusalueella. Laajakaistaisten vahvistimien erossa kapeakaistaisten vahvistimien kanssa on se, että niiden vahvistus pysyy suhteellisen vakaina laajalla taajuusalueella.

Toimintaperiaate

Transistorin valinta ja ominaisuuksien hyödyntäminen

Laajakaistaisten vahvistimien käytettyjä transistoriaineosia ovat yleensä korkean taajuuden ominaisuudet (kuten korkean taajuuden bipolaariset transistorit tai kenttävaikutustransistorit). Kenttävaikutustransistorin (FET) esimerkissä FET:n ominaisuutena on korkea syöttöt impedanssi, mikä mahdollistaa edellisen piirin kuormituksen vaikutuksen pienentämisen laajakaistavahvistimissa, jolloin syöttösingaali voidaan paremmin vastaanottaa ja vahvistaa. Korkeilla taajuksilla transistoreihin liittyviä ominaisuuksia, kuten elektrodien kapasiteettia ja leikkaustaajuutta, vaikuttaa vahvistusominaisuuksiin. Laajakaistaisten vahvistimien kannalta valitaan yleensä korkeamman leikkaustaajuuden transistorit, ja epäsuotuisien tekijöiden, kuten elektrodien kapasiteettien, haitalliset vaikutukset voidaan vähentää järkevällä piirisuunnitteluilla.

Piirirakenne ja taajuuskorjaus

Yhteinen emäntä - yhteinen perusta (CE-CB) tai yhteinen lähde - yhteinen portti (CS-CG) rakenne

Laajakaistaisten vahvistimissa käytetään usein yhteisen emäntän - yhteisen perustan (bipolaarisille transistoreille) tai yhteisen lähteen - yhteisen portin (kenttävaikutustransistoreille) kaskadirakenteita. Yhteisen emäntän - yhteisen perustan rakenteessa yhteisen emäntän vaihe tarjoaa suurempaa jännitevahvistusta, kun taas yhteisen perustan vaiheella on paremmat korkean taajuuden ominaisuudet, kuten alhaisempi syöttökapasiteetti ja korkeampi leikkaustaajuus. Yhteisen emäntän vaiheen ulostulosisällön kytketään suoraan yhteisen perustan vaiheen syöttöön, ja yhteisen perustan vaiheen korkean leikkaustaajuuden avulla voidaan laajentaa koko piirin taajuusalue. Tämä rakenne parantaa tehokkaasti vahvistimen korkean taajuuden vastetta samalla kun varmistetaan tietty jännitevahvistus, jolloin saavutetaan laajakaistainen vahvistus.

Taajuuskorjaustekniikka

Vahvistimen taajuusalueen laajentamiseksi käytetään myös taajuuskorjaustekniikkaa. Yksi yleisimmistä menetelmistä on kapasiteettikorjaus. Esimerkiksi sopiva korjauskapasitor asennetaan vahvistimen välivaiheiden yhteyteen. Kun signaalin taajuus kasvaa, korjauskapasitorin kapasitiivinen vastus pienenee, mikä tarjoaa lisäsignaalireitin, parantamalla siten vahvistimen vahvistusominaisuuksia korkeilla taajuksilla, mikä tekee vahvistimen vahvistuksesta vakaimmaksi laajalla taajuusalueella.

Negatiivisen palautteksen soveltaminen

Negatiivinen palaute on laajasti käytössä laajakaistaisten vahvistimissa. Negatiivisen palautteen verkon ottamalla käyttöön vahvistimen ulostulon ja syötteen välillä voidaan tehokkaasti parantaa vahvistimen toimintaa. Negatiivinen palaute vähentää vahvistimen vahvistussensitiivisyyttä, mikä tekee vahvistimen vahvistuksesta vakaimmaksi laajalla taajuusalueella. Esimerkiksi, kun syöttösingaalin taajuus muuttuu, vahvistimen ulostulo ei kohda suuria vahvistusfluktuazioita negatiivisen palautteen ansiosta. Lisäksi negatiivinen palaute parantaa myös vahvistimen lineaarisuutta, vähentäen melua ja vääristymää, mikä on erittäin tärkeää eri taajuuden ja amplitudin signaalien käsittelyssä laajakaistavahvistuksessa.