Quais são os princípios de funcionamento de um amplificador de banda larga?

Conceito básico

Um amplificador de banda larga é um circuito eletrônico capaz de amplificar sinais em uma ampla faixa de frequência. Ao contrário dos amplificadores de banda estreita, o ganho dos amplificadores de banda larga permanece relativamente estável em uma faixa de frequência bastante ampla.

Princípio de funcionamento

Seleção de transistores e utilização de características

Os amplificadores de banda larga geralmente usam transistores com características de alta frequência (como transistores bipolares de alta frequência ou transistores de efeito de campo) como elementos de amplificação. Tomando como exemplo o transistor de efeito de campo (FET), o FET tem a característica de alta impedância de entrada, o que faz com que, no circuito do amplificador de banda larga, possa reduzir a influência da carga no circuito anterior, permitindo melhor recepção e amplificação do sinal de entrada. Em altas frequências, algumas características do transistor (como capacitância eletrode, frequência de corte, etc.) afetarão o desempenho de amplificação. Para amplificadores de banda larga, serão selecionados transistores com maior frequência de corte, e os efeitos adversos de fatores como a capacitância eletrode podem ser reduzidos por meio de um projeto de circuito adequado.

Estrutura do circuito e compensação de frequência

Estrutura emissor-comum base-comum (CE-CB) ou dreno-comum porta-comum (CS-CG)

Nos amplificadores de banda larga, são frequentemente usadas estruturas em cascata de emissor-comum - base-comum (para transistores bipolares) ou dreno-comum - porta-comum (para transistores de efeito de campo). No caso da estrutura emissor-comum - base-comum, a etapa emissor-comum fornece um maior ganho de tensão, e a etapa base-comum possui melhores características de alta frequência (como menor capacitância de entrada e maior frequência de corte). O sinal de saída da etapa emissor-comum é acoplado diretamente à entrada da etapa base-comum, e a característica de alta frequência de corte da etapa base-comum pode estender a largura de banda do circuito inteiro. Essa estrutura pode efetivamente melhorar a capacidade de resposta de alta frequência do amplificador, ao mesmo tempo em que garante um certo ganho de tensão, para alcançar a amplificação de banda larga.

Técnica de compensação de frequência

Para estender ainda mais a largura de banda do amplificador, também é usada a tecnologia de compensação de frequência. Um dos métodos comuns é usar a compensação capacitiva. Por exemplo, um capacitor de compensação adequado é adicionado à conexão interstágio do amplificador. Quando a frequência do sinal aumenta, a reatância capacitiva do capacitor de compensação diminui, podendo fornecer um caminho de sinal adicional, melhorando as características de ganho do amplificador na faixa de alta frequência, tornando o ganho do amplificador mais estável em uma ampla faixa de frequência.

Aplicação do feedback negativo

A tecnologia de feedback negativo é amplamente utilizada em amplificadores de banda larga. Ao introduzir uma rede de feedback negativo entre a saída e a entrada do amplificador, o desempenho do amplificador pode ser efetivamente melhorado. O feedback negativo pode reduzir a sensibilidade do ganho do amplificador, tornando o ganho do amplificador mais estável em uma ampla faixa de frequência. Por exemplo, quando a frequência do sinal de entrada muda, a saída do amplificador não experimenta grandes flutuações de ganho devido ao feedback negativo. Além disso, o feedback negativo também pode melhorar a linearidade do amplificador, reduzir o ruído e a distorção, o que é muito importante para processar sinais de diferentes frequências e amplitudes na amplificação de banda larga.