Vad är driftprinciperna för en båndbreddsförstärkare?

Grundläggande koncept

En bredbandsförstärkare är en elektronisk krets som kan förstärka signaler över ett brett frekvensområde. I motsats till smalbandsförstärkare håller gainen hos bredbandsförstärkare relativt stabil över ett relativt brett frekvensområde.

Arbetsprincip

Transistorval och utnyttjande av egenskaper

Bredbandsförstärkare använder vanligtvis transistorer med högfrekvenskaraktär (som högfrekvensbipolartransistorer eller fäldeffekttransistorer) som förstärkningskomponenter. Med fäldeffekttransistorn (FET) som exempel har FET egenskapen av hög inpedans, vilket gör att den i bredbandsförstärkarkretsen kan minska påverkan från föregående krets, så att indatat signalen bättre kan mottas och förstärkas. Vid höga frekvenser kommer vissa egenskaper hos transistorerna (som elektrodens kapacitans, avskärmningsfrekvens, etc.) att påverka förstärkningsprestandan. För bredbandsförstärkare väljs transistorer med högre avskärmningsfrekvens, och de negativa effekterna av faktorer som elektrodens kapacitans kan minskas genom lämplig kretskonstruktion.

Kretskonstruktion och frekvenskompensation

Common emitter - common base (CE-CB) eller common source - common gate (CS-CG) struktur

I bredbandsförstärkare används ofta cascadestrukturer med common emitter - common base (för bipolära transistorer) eller common source - common gate (för fäldeffekttransistorer). I fallet med common emitter - common base strukturen ger common emitter stadiet en större spänningsförstärkning, och common base stadiet har bättre högfrekvenskaraktär (som lägre ingångskapacitans och högre avskärmningsfrekvens). Utgångssignalen från common emitter stadiet kopplas direkt till ingången av common base stadiet, och den höga avskärmningsfrekvensen hos common base stadiet kan utvidga bandbredden för hela kretsen. Denna struktur kan effektivt förbättra den högfrekventa svarsförmågan hos förstärkaren samtidigt som en viss spänningsförstärkning säkerställs, för att uppnå bredbandsförstärkning.

Frekvenskompensationsteknik

För att ytterligare utvidga förstärkarens bandbredd används även frekvenskompensationsteknik. En vanlig metod är att använda kapacitiv kompensation. Till exempel läggs en lämplig kompensationskapacitans till mellan stadierna i förstärkaren. När signalens frekvens ökar minskar kapacitiv reaktans, vilket kan ge en ytterligare signalväg, vilket i sin tur förbättrar förstärkarens förstärkningskaraktär i det högfrekventa bandet, vilket gör förstärkningens gain mer stabil över ett brett frekvensområde.

Användningen av negativ återkoppling

Negativ återkopplingsteknik används vidt och brett i bredbandsförstärkare. Genom att införa en negativ återkopplingsnätverk mellan utgången och ingången av förstärkaren kan prestandan hos förstärkaren effektivt förbättras. Negativ återkoppling kan minska förstärkningens känslighet, vilket gör förstärkningens gain mer stabil över ett brett frekvensområde. Till exempel upplever inte förstärkarens utgång stora gainfluktuationer när indatasygnalens frekvens ändras, tack vare negativ återkoppling. Dessutom kan negativ återkoppling också förbättra förstärkarens linjäritet, minska brus och distorsion, vilket är mycket viktigt för att bearbeta signaler med olika frekvenser och amplituder i bredbandsförstärkning.