宽带放大器是指上限工作频率与下限工作频率之比甚大于 1的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度(B/Fs)大于20%~30%的放大器列入此类。这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。
简介
放大器能把输入信号的电压或功率放大的装置,由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。放大器的原理是
高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或
谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是
传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。
原理
用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器,所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。这类放大器通常以电阻器为放大器的负载,以电容器作级间耦合。为了扩展带宽,除了使其增益较低以外,通常还需要采用高频和低频补偿措施,以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。低频补偿的办法是在放大器负载中串接RC并联回路(图1中的Rd、Cd)。当信号频率低时,RC并联回路呈现较大的阻抗,使负载阻抗增大,从而使增益提高,补偿因级间耦合电容的影响而引起的增益下降。高频补偿的办法是在负载中串接电感线圈(图2中的L)。由于感抗是随频率的增高而增大的,这就能使负载阻抗在高频时得以增加,从而补偿因旁路电容使负载阻抗减小的影响,使增益变化较小。负反馈也是一种经常采用的加宽放大器通频带的办法。视频宽带放大器一般采用多级放大器级联的形式,以保证有足够高的增益,这时各单级放大电路的通频带都应宽于总通频带的宽度。另外,对视频宽带放大器的相位延滞特性有一定的要求,即信号通过放大器后通频带内各频率分量的群延滞时间应该大致相同。
分类
可以归入宽带放大器的还有用于
时分多路通信、
示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器(带宽从几赫到几十或几百兆赫),用于测量仪器的
直流放大器(带宽从直流到几千赫或更高),以及音响设备中的高保真度音频放大器(带宽从几十赫到几十千赫)等。
用于射频信号放大的宽带放大器(大多属于带通型),如雷达或通信接收机中的
中频放大器,其中心频率为几十兆赫或几百兆赫,通带宽度可达中心频率的百分之几十。这类宽带放大器常采用参差调谐放大(见
调谐放大器)的方式,即由几级调谐在不同频率和以调谐回路为负载的放大器级联而成。也可采用阻容耦合宽带放大器加
带通滤波器来实现这类宽带放大器。
展宽频带的措施
用直接耦合方式可将下限截止频率下降到零。提高上限截止频率的措施有:①选用特征频率fT高的放大管,并接成输入电阻和等效输入电容都比较小的组态(如共基、共栅);②减小输出回路的电阻和等效电容;③利用负反馈降低放大增益以换取频带加宽;④接入电感器或电容器,进行频率补偿;⑤吸收等效电容,使其成为谐振回路的一部分或成为传输线的一部分。
典型宽带放大电路
包括有共基放大式、共射共基式、电压电流并一串联负反馈式、补偿式、参差调谐式和行波式等。
共射共基式,将共基组态作为共射组态的负载,使其输出回路的等效电阻和等效电容都很低。既减小了由密勒效应产生的等效输入电容,提高了共射级的上限频率,又利用共基组态具有较高上限频率的特点,使总的上限频率比基本共射组态高。共射共基式放大电路是集成电路的基本放大单元。
共基放大式,特点是截止频率高,输入电阻和输入等效电容低,常用于高频放大。
电压、电流并-串联负反馈式 ,如图1所示。由R2、R1组成的并联电流负反馈支路降低了第一级的输入电阻;由R7、R4组成的串联电压负反馈支路降低了第二级的输出电阻,也降低了第一级的等效电容;R6、R4所产生的局部电流负反馈降低了回路增益,避免自激。该电路可工作到300MHz。
参差调谐式,将几级具有调谐回路的放大电路串接,并使每级的调谐中心频率略有参差,便可扩展通频带。此种放大器常用在接收机的中频放大级。
行波式,输入回路和输出回路均接入由LC组成的人工传输线,并令二者的传输速度相等,且输入端和输出端的负载电阻和传输线的阻抗相匹配,则输出端的电流变化将为各级电流变化之和。因此级数越多,放大倍数越大,而且没有带宽下降和产生自激的缺点,但消耗电流太多。如参数配合得当,频宽可达几百兆赫。此种放大器常用在宽频带示波器或
天线放大器中。
补偿式,在集电极回路串接补偿电感器L,使高频时的负载阻抗加大,以提高放大倍数;或在射极回路接入补偿电容器Ce,在高频时它的容抗降低,削弱了Re两端的负反馈电压,从而提高放大倍数。如参数配合得当,便可在一段频带内抵消输出回路中负载电容和极间电容使高频放大倍数下降的影响。此电路常用在示波器的末级放大。