Các nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch đại băng thông rộng là gì?

Khái niệm cơ bản

Một ampli dải rộng là mạch điện tử có khả năng khuếch đại tín hiệu trong một phạm vi tần số rộng. Không giống như ampli dải hẹp, độ lợi của ampli dải rộng vẫn tương đối ổn định trong một phạm vi tần số tương đối rộng.

Nguyên lý hoạt động

Chọn transistor và sử dụng đặc tính

Ampli dải rộng thường sử dụng transistor có đặc tính tần số cao (như transistor bipolar tần số cao hoặc transistor trường hiệu ứng) làm phần tử khuếch đại. Ví dụ, transistor trường hiệu ứng (FET) có đặc tính trở kháng đầu vào cao, điều này giúp nó trong mạch ampli dải rộng có thể giảm ảnh hưởng tải lên mạch trước, do đó tiếp nhận và khuếch đại tín hiệu đầu vào tốt hơn. Ở tần số cao, một số đặc tính của transistor (như điện dung điện cực, tần số cắt, v.v.) sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất khuếch đại. Đối với ampli dải rộng, transistor có tần số cắt cao hơn sẽ được chọn, và các tác động bất lợi của yếu tố như điện dung điện cực có thể được giảm bớt bằng cách thiết kế mạch hợp lý.

Cấu trúc mạch và bù tần số

Cấu trúc chung phát - chung cơ sở (CE-CB) hoặc chung nguồn - chung cổng (CS-CG)

Trong ampli dải rộng, cấu trúc nối tiếp chung phát - chung cơ sở (cho transistor bipolar) hoặc chung nguồn - chung cổng (cho transistor trường hiệu ứng) thường được sử dụng. Trong trường hợp cấu trúc chung phát - chung cơ sở, giai đoạn chung phát cung cấp lợi thế về điện áp lớn hơn, và giai đoạn chung cơ sở có đặc tính tần số cao tốt hơn (như điện dung đầu vào thấp hơn và tần số cắt cao hơn). Tín hiệu đầu ra của giai đoạn chung phát được ghép trực tiếp vào đầu vào của giai đoạn chung cơ sở, và đặc tính tần số cắt cao của giai đoạn chung cơ sở có thể mở rộng băng thông của toàn bộ mạch. Cấu trúc này có thể cải thiện hiệu quả khả năng đáp ứng tần số cao của ampli trong khi đảm bảo lợi thế về điện áp nhất định, do đó đạt được khuếch đại dải rộng.

Kỹ thuật bù tần số

Để mở rộng thêm băng thông của ampli, kỹ thuật bù tần số cũng được sử dụng. Một trong những phương pháp phổ biến là sử dụng bù bằng điện dung. Ví dụ, một tụ bù phù hợp được thêm vào kết nối giữa các giai đoạn của ampli. Khi tần số tín hiệu tăng, điện kháng của tụ bù giảm, điều này có thể cung cấp đường dẫn tín hiệu bổ sung, do đó cải thiện đặc tính lợi thế của ampli ở dải tần số cao, giúp lợi thế của ampli ổn định hơn trong phạm vi tần số rộng.

Ứng dụng của phản hồi âm

Công nghệ phản hồi âm được sử dụng rộng rãi trong ampli dải rộng. Bằng cách giới thiệu mạng phản hồi âm giữa đầu ra và đầu vào của ampli, hiệu suất của ampli có thể được cải thiện hiệu quả. Phản hồi âm có thể giảm độ nhạy lợi thế của ampli, giúp lợi thế của ampli ổn định hơn trong phạm vi tần số rộng. Ví dụ, khi tần số tín hiệu đầu vào thay đổi, đầu ra của ampli không bị dao động lợi thế lớn do phản hồi âm. Ngoài ra, phản hồi âm còn có thể cải thiện tính tuyến tính của ampli, giảm nhiễu và méo, điều này rất quan trọng cho việc xử lý tín hiệu có tần số và biên độ khác nhau trong khuếch đại dải rộng.