Qué son os principios de funcionamento dun amplificador de banda ancha

Concepto básico

Un amplificador de banda ancha é un circuito electrónico capaz de amplificar señales sobre un amplio rango de frecuencias. A diferencia dos amplificadores de banda estreita, o ganho dos amplificadores de banda ancha permanece relativamente estable sobre un rango de frecuencias relativamente amplo.

Principio de funcionamento

Selección de transistores e utilización das características

Os amplificadores de banda ancha usan xeralmente transistores con características de alta frecuencia (como os transistores bipolares de alta frecuencia ou os transistores de efecto de campo) como elementos de amplificación. Tomando como exemplo o transistor de efecto de campo (FET), este ten a característica de alta impedancia de entrada, que permite reducir a influencia da carga no circuito anterior, permitindo así recibir e amplificar mellor a sinal de entrada. A altas frecuencias, algúns aspectos do transistor (como a capacitancia do electrodo, a frecuencia de corte, etc.) afectarán o rendemento de amplificación. Para os amplificadores de banda ancha, escóllense transistores con maior frecuencia de corte, e os efectos adversos de factores como a capacitancia do electrodo poden reducirse mediante un deseño de circuito adecuado.

Estructura do circuito e compensación de frecuencia

Estructura emisor común base común (CE-CB) ou fuente común porta común (CS-CG)

Nos amplificadores de banda ancha, usanse xeralmente estructuras en cascada de emisor común - base común (para transistores bipolares) ou fuente común - porta común (para transistores de efecto de campo). No caso da estructura emisor común-base común, a etapa de emisor común proporciona un maior ganho de tensión, mentres que a etapa de base común ten mejores características de alta frecuencia (como menor capacitancia de entrada e maior frecuencia de corte). A sinal de saída da etapa de emisor común acoplase directamente á entrada da etapa de base común, e a característica de alta frecuencia de corte da etapa de base común pode estender a anchura de banda do circuito completo. Esta estructura pode mellorar eficazmente a capacidade de resposta de alta frecuencia do amplificador mentres se asegura un determinado ganho de tensión, para lograr a amplificación de banda ancha.

Técnica de compensación de frecuencia

Para estender aínda máis a anchura de banda do amplificador, tamén se usa a tecnoloxía de compensación de frecuencia. Un dos métodos comúns é a utilización da compensación de capacitancia. Por exemplo, engádese un condensador de compensación adecuado á conexión intermedia do amplificador. Cando a frecuencia da sinal aumenta, a reactancia capacitiva do condensador de compensación diminúe, proporcionando así unha ruta de sinal adicional, mellorando as características de ganho do amplificador na banda de alta frecuencia, facendo que o ganho do amplificador sexa máis estable nun amplio rango de frecuencias.

A aplicación da realimentación negativa

A tecnoloxía de realimentación negativa úsase ampliamente nos amplificadores de banda ancha. Introducindo unha rede de realimentación negativa entre a saída e a entrada do amplificador, pódese mellorar eficazmente o rendemento do amplificador. A realimentación negativa pode reducir a sensibilidade ao ganho do amplificador, facendo que o ganho do amplificador sexa máis estable nun amplio rango de frecuencias. Por exemplo, cando a frecuencia da sinal de entrada cambia, a saída do amplificador non experimenta grandes fluctuacións de ganho debido á realimentación negativa. Ademais, a realimentación negativa tamén pode mellorar a linearidade do amplificador, reducir o ruído e a distorsión, o que é moi importante para procesar sinais de diferentes frecuencias e amplitudes na amplificación de banda ancha.