ワイドバンドアンプの動作原理は何ですか

基本概念

ワイドバンドアンプは、広い周波数範囲で信号を増幅できる電子回路です。ナローバンドアンプとは異なり、ワイドバンドアンプのゲインは比較的広い周波数範囲で安定しています。

動作原理

トランジスタの選択と特性の利用

ワイドバンドアンプは通常、高周波特性を持つトランジスタ（例えば高周波バイポーラトランジスタやフィールド効果トランジスタ）を使用して増幅要素としています。FETを例に取ると、FETは高入力インピーダンスという特性を持ち、これがワイドバンドアンプ回路において前段回路への負荷影響を減らし、入力信号をより良く受け取り増幅することができます。高周波では、トランジスタのいくつかの特性（例えば電極容量、カットオフ周波数など）が増幅性能に影響を与えます。ワイドバンドアンプの場合、より高いカットオフ周波数を持つトランジスタが選択され、合理的な回路設計によって電極容量などの要因による悪影響を減らすことができます。

回路構造と周波数補償

共通エミッタ共通ベース（CE-CB）または共通ソース共通ゲート（CS-CG）構造

ワイドバンドアンプでは、共通エミッタ - 共通ベース（バイポーラトランジスタの場合）または共通ソース - 共通ゲート（FETの場合）のカスケード構造がよく使用されます。共通エミッタ共通ベース構造の場合、共通エミッタ段は大きな電圧ゲインを提供し、共通ベース段は高周波特性（例えば低い入力容量と高いカットオフ周波数）が良好です。共通エミッタ段の出力信号は直接共通ベース段の入力に結合され、共通ベース段の高いカットオフ周波数特性により全体の回路の帯域が拡張されます。この構造は、一定の電圧ゲインを確保しながら高周波応答能力を効果的に改善し、ワイドバンド増幅を実現することができます。

周波数補償技術

さらにアンプの帯域を拡張するためには、周波数補償技術も使用されます。一般的な方法の一つは容量補償です。例えば、適切な補償コンデンサをアンプの段間接続に追加します。信号周波数が増加すると、補償コンデンサの容量リアクタンスが減少し、これにより追加の信号パスが提供され、アンプの高周波帯でのゲイン特性が改善され、広い周波数範囲でアンプのゲインがより安定します。

ネガティブフィードバックの適用

ネガティブフィードバック技術はワイドバンドアンプで広く使用されています。アンプの出力と入力間にネガティブフィードバックネットワークを導入することで、アンプの性能を効果的に向上させることができます。ネガティブフィードバックはアンプのゲイン感度を低減し、広い周波数範囲でアンプのゲインをより安定させることができます。例えば、入力信号の周波数が変化しても、ネガティブフィードバックによりアンプの出力は大きなゲイン変動を経験しません。また、ネガティブフィードバックはアンプの直線性を改善し、ノイズと歪みを減少させるため、異なる周波数と振幅の信号をワイドバンド増幅で処理する際には非常に重要です。