寬頻放大器

寬頻放大器是指上限工作頻率與下限工作頻率之比甚大於 1的放大電路。習慣上也常把相對頻頻寬度(B/Fs)大於20%～30%的放大器列入此類。這類電路主要用於對視頻信號、脈衝信號或射頻信號的放大。

基本介紹

• 中文名：寬頻放大器
• 外文名：wide-band amplifier
• 意義：相對頻頻寬度大於20%%的放大器
• 用於：脈衝信號或射頻信號的放大

簡介

 放大器能把輸入信號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或電晶體、電源變壓器和其他電器元件組成。放大器的原理是高頻功率放大器用於發射機的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足傳送功率的要求，然後經過天線將其輻射到空間，保證在一定區域內的接收機可以接收到滿意的信號電平，並且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統中傳送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬頻高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出迴路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬頻高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬頻匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。 

原理

用於電視圖像信號放大的視頻放大器是一種典型的基帶型寬頻放大器，所放大的信號的頻率範圍可以從幾赫或幾十赫的低頻直到幾兆赫或幾十兆赫的高頻。這類放大器通常以電阻器為放大器的負載，以電容器作級間耦合。為了擴展頻寬，除了使其增益較低以外，通常還需要採用高頻和低頻補償措施,以使放大器的增益-頻率特性曲線的平坦部分向兩端延展。低頻補償的辦法是在放大器負載中串接RC並聯迴路（圖1中的Rd、Cd）。當信號頻率低時,RC並聯迴路呈現較大的阻抗，使負載阻抗增大，從而使增益提高，補償因級間耦合電容的影響而引起的增益下降。高頻補償的辦法是在負載中串接電感線圈（圖2中的L）。由於感抗是隨頻率的增高而增大的,這就能使負載阻抗在高頻時得以增加,從而補償因旁路電容使負載阻抗減小的影響，使增益變化較小。負反饋也是一種經常採用的加寬放大器通頻帶的辦法。視頻寬頻放大器一般採用多級放大器級聯的形式，以保證有足夠高的增益，這時各單級放大電路的通頻帶都應寬於總通頻帶的寬度。另外，對視頻寬頻放大器的相位延滯特性有一定的要求，即信號通過放大器後通頻帶內各頻率分量的群延滯時間應該大致相同。

分類

可以歸入寬頻放大器的還有用於時分多路通信、示波器、數字電路等方面的基帶放大器或脈衝放大器（頻寬從幾赫到幾十或幾百兆赫），用於測量儀器的直流放大器（頻寬從直流到幾千赫或更高），以及音響設備中的高保真度音頻放大器（頻寬從幾十赫到幾十千赫）等。

用於射頻信號放大的寬頻放大器(大多屬於帶通型)，如雷達或通信接收機中的中頻放大器，其中心頻率為幾十兆赫或幾百兆赫，通頻寬度可達中心頻率的百分之幾十。這類寬頻放大器常採用參差調諧放大（見調諧放大器）的方式，即由幾級調諧在不同頻率和以調諧迴路為負載的放大器級聯而成。也可採用阻容耦合寬頻放大器加帶通濾波器來實現這類寬頻放大器。

展寬頻帶的措施

用直接耦合方式可將下限截止頻率下降到零。提高上限截止頻率的措施有：①選用特徵頻率f_T高的放大管，並接成輸入電阻和等效輸入電容都比較小的組態(如共基、共柵）；②減小輸出迴路的電阻和等效電容；③利用負反饋降低放大增益以換取頻帶加寬；④接入電感器或電容器，進行頻率補償；⑤吸收等效電容，使其成為諧振迴路的一部分或成為傳輸線的一部分。

典型寬頻放大電路

包括有共基放大式、共射共基式、電壓電流並一串聯負反饋式、補償式、參差調諧式和行波式等。

共射共基式，將共基組態作為共射組態的負載，使其輸出迴路的等效電阻和等效電容都很低。既減小了由密勒效應產生的等效輸入電容，提高了共射級的上限頻率，又利用共基組態具有較高上限頻率的特點，使總的上限頻率比基本共射組態高。共射共基式放大電路是積體電路的基本放大單元。

共基放大式，特點是截止頻率高，輸入電阻和輸入等效電容低，常用於高頻放大。

電壓、電流並-串聯負反饋式 ，如圖所示。由R₂、R₁組成的並聯電流負反饋支路降低了第一級的輸入電阻；由R₇、R₄組成的串聯電壓負反饋支路降低了第二級的輸出電阻，也降低了第一級的等效電容；R₆、R₄所產生的局部電流負反饋降低了迴路增益，避免自激。該電路可工作到300MHz。

圖1

參差調諧式，將幾級具有調諧迴路的放大電路串接，並使每級的調諧中心頻率略有參差，便可擴展通頻帶。此种放大器常用在接收機的中頻放大級。

行波式，輸入迴路和輸出迴路均接入由LC組成的人工傳輸線，並令二者的傳輸速度相等，且輸入端和輸出端的負載電阻和傳輸線的阻抗相匹配，則輸出端的電流變化將為各級電流變化之和。因此級數越多，放大倍數越大，而且沒有頻寬下降和產生自激的缺點，但消耗電流太多。如參數配合得當，頻寬可達幾百兆赫。此种放大器常用在寬頻帶示波器或天線放大器中。

補償式，在集電極迴路串接補償電感器L，使高頻時的負載阻抗加大，以提高放大倍數；或在射極迴路接入補償電容器C_e，在高頻時它的容抗降低，削弱了R_e兩端的負反饋電壓，從而提高放大倍數。如參數配合得當，便可在一段頻帶內抵消輸出迴路中負載電容和極間電容使高頻放大倍數下降的影響。此電路常用在示波器的末級放大。