대역폭 증폭기의 작동 원리는 무엇인가요

기본 개념

광대역 증폭기는 광범위한 주파수 범위에서 신호를 증폭할 수 있는 전자 회로입니다. 좁은 대역폭의 증폭기와 달리, 광대역 증폭기의 이득은 상대적으로 넓은 주파수 범위에서 비교적 안정적입니다.

작동 원리

트랜지스터 선택 및 특성 활용

광대역 증폭기는 일반적으로 고주파 특성을 가진 트랜지스터(예: 고주파 양극성 트랜지스터 또는 필드 효과 트랜지스터)를 증폭 요소로 사용합니다. 필드 효과 트랜지스터(FET)를 예로 들면, FET는 높은 입력 임피던스라는 특성을 가지고 있어, 광대역 증폭기 회로에서 이전 회로에 대한 부하 영향을 줄이고 입력 신호를 더 잘 받고 증폭할 수 있습니다. 고주파에서는 트랜지스터의 일부 특성(예: 전극 용량, 차단 주파수 등)이 증폭 성능에 영향을 미칩니다. 광대역 증폭기에 있어서는 보다 높은 차단 주파수를 가진 트랜지스터가 선택되며, 합리적인 회로 설계를 통해 전극 용량 등의 요인으로 인한 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다.

회로 구조 및 주파수 보상

공통 에미터 공통 베이스 (CE-CB) 또는 공통 소스 공통 게이트 (CS-CG) 구조

광대역 증폭기에서는 공통 에미터-공통 베이스(양극성 트랜지스터용) 또는 공통 소스-공통 게이트(필드 효과 트랜지스터용) 캐스케이드 구조가 자주 사용됩니다. 공통 에미터-공통 베이스 구조의 경우, 공통 에미터 단계는 큰 전압 이득을 제공하며, 공통 베이스 단계는 더 나은 고주파 특성(예: 낮은 입력 용량과 높은 차단 주파수)을 가지게 됩니다. 공통 에미터 단계의 출력 신호는 공통 베이스 단계의 입력에 직접 결합되며, 공통 베이스 단계의 높은 차단 주파수 특성이 전체 회로의 대역폭을 확장할 수 있습니다. 이러한 구조는 특정 전압 이득을 유지하면서 증폭기의 고주파 응답 능력을 효과적으로 향상시켜 광대역 증폭을 달성할 수 있습니다.

주파수 보상 기술

증폭기의 대역폭을 더욱 확장하기 위해 주파수 보상 기술도 사용됩니다. 일반적인 방법 중 하나는 용량 보상을 사용하는 것입니다. 예를 들어, 적절한 보상 용량을 증폭기의 중간 연결부에 추가합니다. 신호 주파수가 증가할 때 보상 용량의 용량 반응은 감소하여, 추가적인 신호 경로를 제공함으로써 증폭기의 고주파 대역에서의 이득 특성을 개선하고, 증폭기의 이득이 광범위한 주파수 범위에서 더 안정적이도록 합니다.

음의 피드백의 적용

음의 피드백 기술은 광대역 증폭기에 널리 사용됩니다. 증폭기의 출력과 입력 사이에 음의 피드백 네트워크를 도입함으로써 증폭기의 성능을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 음의 피드백은 증폭기의 이득 민감도를 줄여, 증폭기의 이득이 광범위한 주파수 범위에서 더 안정적이도록 합니다. 예를 들어, 입력 신호의 주파수가 변할 때 음의 피드백 덕분에 증폭기의 출력은 큰 이득 변동을 겪지 않습니다. 또한, 음의 피드백은 증폭기의 선형성을 개선하고, 노이즈와 왜곡을 줄여, 광대역 증폭에서 다양한 주파수와 진폭의 신호 처리에 매우 중요합니다.