Quali sono i principi di funzionamento di un amplificatore a larga banda?

Concetto di base

Un amplificatore a larga banda è un circuito elettronico in grado di amplificare segnali su una vasta gamma di frequenze. A differenza degli amplificatori a banda stretta, il guadagno degli amplificatori a larga banda rimane relativamente stabile su una gamma di frequenze relativamente ampia.

Principio di funzionamento

Selezione del transistor e utilizzo delle caratteristiche

Gli amplificatori a larga banda utilizzano solitamente transistor con caratteristiche ad alta frequenza (come i transistor bipolari ad alta frequenza o i transistor a effetto di campo) come elementi di amplificazione. Prendendo come esempio il transistor a effetto di campo (FET), il FET ha la caratteristica di avere un'impedenza d'ingresso elevata, il che lo rende nel circuito dell'amplificatore a larga banda in grado di ridurre l'influenza del carico sul circuito precedente, permettendo così di ricevere e amplificare meglio il segnale d'ingresso. Ad alte frequenze, alcune caratteristiche del transistor (come la capacità elettroda, la frequenza di taglio, ecc.) possono influire sulle prestazioni di amplificazione. Per gli amplificatori a larga banda, vengono selezionati transistor con frequenza di taglio più elevata, e gli effetti negativi di fattori come la capacità elettroda possono essere ridotti mediante un progetto di circuito adeguato.

Struttura del circuito e compensazione della frequenza

Struttura emettitore comune - base comune (CE-CB) o sorgente comune - gate comune (CS-CG)

Negli amplificatori a larga banda, sono spesso utilizzate strutture a cascata emettitore comune - base comune (per i transistor bipolari) o sorgente comune - gate comune (per i transistor a effetto di campo). Nel caso della struttura emettitore comune - base comune, la fase emettitore comune fornisce un maggiore guadagno di tensione, mentre la fase base comune ha caratteristiche migliori ad alta frequenza (come capacità d'ingresso inferiore e frequenza di taglio superiore). Il segnale di uscita della fase emettitore comune è accoppiato direttamente all'ingresso della fase base comune, e la caratteristica di frequenza di taglio elevata della fase base comune può estendere la banda passante dell'intero circuito. Questa struttura può migliorare efficacemente la risposta ad alta frequenza dell'amplificatore, garantendo al contempo un certo guadagno di tensione, per ottenere l'amplificazione a larga banda.

Tecnica di compensazione della frequenza

Per estendere ulteriormente la banda passante dell'amplificatore, viene anche utilizzata la tecnica di compensazione della frequenza. Uno dei metodi comuni è l'uso della compensazione capacitiva. Ad esempio, si aggiunge un condensatore di compensazione appropriato alla connessione intermedia dell'amplificatore. Quando la frequenza del segnale aumenta, la reattanza capacitiva del condensatore di compensazione diminuisce, fornendo un percorso di segnale aggiuntivo, migliorando così le caratteristiche di guadagno dell'amplificatore nella banda ad alta frequenza, rendendo il guadagno dell'amplificatore più stabile su una vasta gamma di frequenze.

L'applicazione del feedback negativo

La tecnologia del feedback negativo è ampiamente utilizzata negli amplificatori a larga banda. Introducendo una rete di feedback negativo tra l'uscita e l'ingresso dell'amplificatore, le prestazioni dell'amplificatore possono essere efficacemente migliorate. Il feedback negativo può ridurre la sensibilità del guadagno dell'amplificatore, rendendo il guadagno dell'amplificatore più stabile su una vasta gamma di frequenze. Ad esempio, quando la frequenza del segnale di ingresso cambia, l'uscita dell'amplificatore non subisce grandi fluttuazioni di guadagno grazie al feedback negativo. Inoltre, il feedback negativo può anche migliorare la linearità dell'amplificatore, ridurre il rumore e la distorsione, il che è molto importante per il trattamento di segnali di diverse frequenze e ampiezze nell'amplificazione a larga banda.