Які принципи роботи широкосмугового підсилювача?

Основні поняття

Широкосмуговий підсилювач — це електронна схема, здатна підсилювати сигнали в широкому діапазоні частот. На відміну від вузькосмугових підсилювачів, коефіцієнт підсилення широкосмугових підсилювачів залишається відносно стабільним в розмаїтому діапазоні частот.

Принцип роботи

Вибір транзистора та використання його характеристик

Широкосмугові підсилювачі зазвичай використовують транзистори з високочастотними характеристиками (такі як високочастотні біполярні транзистори або полеві ефектові транзистори) як елементи підсилення. Наприклад, полевий ефектовий транзистор (ПЕТ) має характеристику високої вхідної імпедансу, що дозволяє йому у широкосмуговій схемі підсилювача зменшити вплив навантаження на попередню схему, щоб краще приймати та підсилювати вхідний сигнал. На високих частотах деякі характеристики транзистора (такі як ємність електродів, гранична частота тощо) можуть впливати на характеристики підсилення. Для широкосмугових підсилювачів обираються транзистори з вищою граничною частотою, а небажані ефекти факторів, таких як ємність електродів, можна знизити шляхом раціонального проектування схеми.

Структура схеми та компенсація частоти

Структура загального емітера-загальна основа (CE-CB) або загальний джерело-загальне затвор (CS-CG)

У широкосмугових підсилювачах часто використовуються каскадні структури загального емітера-загальної основи (для біполярних транзисторів) або загального джерела-загального затвору (для полевих ефектових транзисторів). У випадку структури загального емітера-загальної основи, етап загального емітера забезпечує більший напруговий коефіцієнт підсилення, а етап загальної основи має кращі високочастотні характеристики (такі як нижча вхідна ємність та вища гранична частота). Вихідний сигнал етапу загального емітера прямо з'єднується з входом етапу загальної основи, а висока гранична частота етапу загальної основи може розширити швидкодійний діапазон всієї схеми. Ця структура може ефективно покращити високочастотну відповідальність підсилювача, одночасно забезпечуючи певний напруговий коефіцієнт підсилення, щоб досягти широкосмугового підсилення.

Технологія компенсації частоти

Для подальшого розширення швидкодійного діапазону підсилювача також використовується технологія компенсації частоти. Одним з поширених методів є використання ємнісної компенсації. Наприклад, до міжетапового з'єднання підсилювача додається відповідний компенсаційний конденсатор. Коли частота сигналу зростає, реактивне опір компенсаційного конденсатора зменшується, що може надати додатковий шлях сигналу, що покращить характеристики підсилення підсилювача в високочастотному діапазоні, роблячи коефіцієнт підсилення підсилювача більш стабільним в широкому діапазоні частот.

Застосування негативної зворотної зв'язку

Технологія негативної зворотної зв'язку широко використовується в широкосмугових підсилювачах. Вводячи негативну зворотну зв'язок між виходом та входом підсилювача, можна ефективно покращити його характеристики. Негативна зворотна зв'язок може знизити чутливість коефіцієнта підсилення підсилювача, роблячи його більш стабільним в широкому діапазоні частот. Наприклад, коли частота вхідного сигналу змінюється, вихід підсилювача не досить великих флуктуацій коефіцієнта підсилення завдяки негативній зворотній зв'язку. Крім того, негативна зворотна зв'язок також може покращити лінійність підсилювача, знизити шум та спотворення, що дуже важливо для обробки сигналів різних частот та амплітуд у широкосмуговому підсиленні.