Каковы принципы работы широкополосного усилителя?

Основные понятия

Широкополосный усилитель — это электронная схема, способная усиливать сигналы в широком диапазоне частот. В отличие от узкополосных усилителей, коэффициент усиления широкополосных усилителей остается относительно стабильным в довольно широком диапазоне частот.

Принцип работы

Выбор транзистора и использование его характеристик

Широкополосные усилители обычно используют транзисторы с высокочастотными характеристиками (например, высокочастотные биполярные транзисторы или полевые транзисторы) в качестве элементов усиления. Например, полевой транзистор (ПТ) обладает характеристикой высокого входного сопротивления, что позволяет ему в схеме широкополосного усилителя уменьшить влияние нагрузки на предыдущую цепь, чтобы лучше принимать и усиливать входной сигнал. На высоких частотах некоторые характеристики транзистора (например, емкость электродов, граничная частота и т. д.) могут влиять на качество усиления. Для широкополосных усилителей выбираются транзисторы с более высокой граничной частотой, а негативное влияние таких факторов, как емкость электродов, можно уменьшить за счет рационального проектирования схемы.

Структура схемы и компенсация частоты

Структура с общим эмиттером-общим базовым (CE-CB) или общим истоком-общим затвором (CS-CG)

В широкополосных усилителях часто используются каскадные структуры с общим эмиттером-общим базовым (для биполярных транзисторов) или общим истоком-общим затвором (для полевых транзисторов). В случае структуры с общим эмиттером-общим базовым, этап с общим эмиттером обеспечивает большее напряжение усиления, а этап с общим базовым имеет лучшие высокочастотные характеристики (например, меньшая входная емкость и более высокая граничная частота). Выходной сигнал этапа с общим эмиттером подключается напрямую к входу этапа с общим базовым, и высокая граничная частота этапа с общим базовым может расширить полосу пропускания всей схемы. Такая структура может эффективно улучшить высокочастотную реакцию усилителя, одновременно обеспечивая определенное напряжение усиления, чтобы достичь широкополосного усиления.

Техника компенсации частоты

Для дальнейшего расширения полосы пропускания усилителя также используется техника компенсации частоты. Одним из распространенных методов является использование емкостной компенсации. Например, добавляется подходящий компенсационный конденсатор в межкаскадное соединение усилителя. Когда частота сигнала увеличивается, емкостное сопротивление компенсационного конденсатора уменьшается, что может предоставить дополнительный путь для сигнала, тем самым улучшая характеристики усиления усилителя в высокочастотном диапазоне, делая усиление усилителя более стабильным в широком диапазоне частот.

Применение отрицательной обратной связи

Технология отрицательной обратной связи широко применяется в широкополосных усилителях. Введение отрицательной обратной связи между выходом и входом усилителя позволяет эффективно улучшить его характеристики. Отрицательная обратная связь может уменьшить чувствительность усиления усилителя, делая его усиление более стабильным в широком диапазоне частот. Например, при изменении частоты входного сигнала, благодаря отрицательной обратной связи, выход усилителя не испытывает значительных колебаний усиления. Кроме того, отрицательная обратная связь также может улучшить линейность усилителя, уменьшить шум и искажения, что очень важно для обработки сигналов различных частот и амплитуд в широкополосном усилении.