Wat zijn de werkingsprincipes van een breedbandversterker?

Basisconcept

Een breedbandversterker is een elektronisch circuit dat in staat is signalen over een breed frequentiebereik te versterken. In tegenstelling tot smalbandversterkers blijft de versterking van breedbandversterkers relatief stabiel over een relatief breed frequentiebereik.

Werkingsprincipe

Transistorselectie en kenmerkgebruik

Breedbandversterkers gebruiken meestal transistors met hoge frequentie-kenmerken (zoals hoge-frequentie bipolaire transistors of veld-effecttransistors) als versterkende elementen. Neem bijvoorbeeld de veld-effecttransistor (FET), die het kenmerk heeft van een hoge ingangsimpedantie, waardoor deze in het breedbandversterkercircuit de belasting van het voorgaande circuit kan verminderen, zodat het invoersignaal beter ontvangen en versterkt kan worden. Bij hoge frequenties zullen bepaalde kenmerken van de transistor (zoals elektrodecapaciteit, cut-off frequentie, enz.) de versterkingsprestaties beïnvloeden. Voor breedbandversterkers worden transistors met een hogere cut-off frequentie geselecteerd, en de negatieve effecten van factoren zoals elektrodecapaciteit kunnen door een redelijke schakelontwerp worden verminderd.

Schakelingstructuur en frequentiecompensatie

Gemeenschappelijke emitter-gemeenschappelijke basis (CE-CB) of gemeenschappelijke bron-gemeenschappelijke poort (CS-CG)-structuur

In breedbandversterkers worden vaak kaskadeconstructies gebruikt met gemeenschappelijke emitter - gemeenschappelijke basis (voor bipolaire transistors) of gemeenschappelijke bron - gemeenschappelijke poort (voor veld-effecttransistors). In het geval van de gemeenschappelijke emitter-gemeenschappelijke basis-structuur biedt de gemeenschappelijke emitter-trap een grotere spanningversterking, terwijl de gemeenschappelijke basis-trap betere hoogfrequentie-kenmerken heeft (zoals lagere ingangscapaciteit en hogere cut-off frequentie). Het uitgangssignaal van de gemeenschappelijke emitter-trap wordt direct gekoppeld aan de ingang van de gemeenschappelijke basis-trap, en het hoge cut-off frequentie-kenmerk van de gemeenschappelijke basis-trap kan de bandbreedte van het hele circuit uitbreiden. Deze structuur kan de hoogfrequentieresponsvermogen van de versterker effectief verbeteren terwijl er een bepaalde spanningversterking wordt gewaarborgd, om zo breedbandversterking te bereiken.

Frequentiecompensatietechniek

Om de bandbreedte van de versterker verder uit te breiden, wordt ook frequentiecompensatietechnologie gebruikt. Een van de veelvoorkomende methoden is capaciteitscompensatie. Bijvoorbeeld, wordt een geschikte compensatiecondensator toegevoegd aan de interstageverbinding van de versterker. Wanneer de signalfrequentie toeneemt, neemt de capacitaire reactantie van de compensatiecondensator af, wat een extra signaalpad kan bieden, waardoor de versterkingskenmerken van de versterker in het hoge frequentiebereik worden verbeterd, waardoor de versterking van de versterker stabiel blijft in een breed frequentiebereik.

Toepassing van negatieve feedback

Negatieve feedbacktechnologie wordt wijdverspreid gebruikt in breedbandversterkers. Door een negatieve feedbacknetwerk tussen de uitgang en de ingang van de versterker in te voeren, kan de prestatie van de versterker effectief worden verbeterd. Negatieve feedback kan de versterkingsgevoeligheid van de versterker verminderen, waardoor de versterking van de versterker stabiel blijft over een breed frequentiebereik. Bijvoorbeeld, wanneer de frequentie van het invoersignaal verandert, ervaart de uitgang van de versterker geen grote versterkingsfluctuaties door negatieve feedback. Bovendien kan negatieve feedback ook de lineariteit van de versterker verbeteren, ruis en vervorming verminderen, wat zeer belangrijk is voor het verwerken van signalen met verschillende frequenties en amplituden in breedbandversterking.