Förstärkare

På mottagarsidan i radiokommunikation är första steget ofta en lågbrusförstärkare (LNA) som förstärker svaga signaler till en användbar nivå för vidare signalbehandling. I sändare ska en låg signalnivå förstärkas upp på en tillräcklig nivå på utgången, vilket kan vara allt från någon Watt upp till många kW. Förstärkare används också i laboratorier, radar, MRI (Magnetic Resonance Imaging), flygindustri, rymdindustri och EMC-tester.

En effektförstärkares uppgift är att förstärka en given signal anpassad efter lasten som ska drivas. Förstärkare specificeras främst på frekvensområde och uteffekt för kontinuerlig våg (CW) eller pulser. Förstärkningsfaktorn visar magnituden på utgångssignalen i förhållande till ingångssignalen. Denna brukar anges i dB och värdet beror på aktuell last och impedans.
 

Halvledarförstärkare

Halvledarförstärkare är relativt kompakta och kan byggas in i utrustningar eller monteras direkt vid matningen på en antenn för att undvika ledningsbundna förluster. En god linjäritet minimerar förvrängning av insignalen när amplituden ökar. Förstärkare av halvledartyp finns från kHz-området och upp till mer än 100 GHz. Effektområdet börjar med några mW och sträcker sig till många kW. De bygger ofta på Galliumarsenid (GaAs) eller Galliumnitrid (GaN) som effektkretsar. GaAs har normalt bästa linjäriteten medan GaN har bäst verkningsgrad. Halvledarförstärkare finns för kortmontering, med koaxialkontakter, i rackformat, fristående för laboratoriebruk eller som vågledarsystem. Vågledarvarianter används ofta för högre frekvenser och höga effekter där koaxialkontakter inte klarar nivåerna.

RF-förstärkare delas ofta in i olika kategorier som t.ex. CATV, Gain Blocks, LNA, Low Power, Medium Power, High Power samt RF/mikrovågsrör.

Gain Block-förstärkare är till för låga effekter och ytmonteras ofta på kretskort. De ligger på frekvenser upp mot 25 och 30 GHz beroende på kapseltyp och chip. Förstärkarna är internt matchade till 50 ohm på in- och utgång. Utgångseffekten är normalt cirka 0 dBm upp till 1 till 2 W eller 33 dBm täckande olika frekvensband och med olika förstärkning (gain).
 

Rörförstärkare

Inom högeffektstillämpningar som partikelacceleratorer, radarapplikationer och mikrovågsuppvärmning används högeffektrör som t.ex TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier), klystroner och magnetroner. TWTA, är en rörförstärkare av ”linear beam”-typ, där radiovågorna förstärks genom att absorbera energi från en elektronstråle genom passage i röret. En fördel med TWT framför en del andra rörförstärkare är dess förmåga att förstärka breda eller relativt breda frekvensområden. Bandbredden för ett Helixrör kan vara upp till cirka 2 oktaver, medan kavitetsversionen uppvisar bandbredder på cirka 10 till 20 %. Frekvensområden är från 300 MHz upp till cirka 50 GHz och förstärkningen (gain) ligger i storleksordningen 40 till 70 dB, med uteffekter från några Watt upp till Mega Watt.
 

Förstärkarparametrar

Valet av förstärkare görs främst utifrån frekvensområde, drivspänning, strömförbrukning, effektnivå och mekaniskt utförande. Några andra viktiga parametrar i specifikationerna följer nedan.

Direktivitet definieras som skillnaden mellan isolation och gain i dB. Ju högre direktivitet (dB), desto bättre isolation.

Dynamikområde är inom det effektområde som en förstärkare arbetar linjärt enligt specifikation, med hänsyn till brusnivå i det lägre området och för övre nivån som funktion av 1dB kompressionspunkten. 
 
Gain Flatness visar variationen på förstärkarkaraktäristiken över förstärkarens fulla bandbredd vid en given temperatur. Anges i dB, och mäts genom att ta skillnaden mellan max och min förstärkning och ange ett värde som visar förstärkarens förmåga att ge en så jämn förstärkning som möjligt över frekvensområdet. 
 
Förstärkningsfaktor (Gain) för RF-förstärkare är förhållandet mellan uteffekt kontra ineffekt.
 
Harmonic distortion, kommer från olinjäriteter i förstärkaren och visar sig som utgångsfrekvenser på multiplar av ingångssignalens frekvens. Parametern påverkas av insignalens effektnivå och specificeras generellt som en relativ harmonisk nivå till den fundamentala signalnivån.
 
Isolation mäts som förhållandet mellan effekt applicerad på utgången jämförd med resulterande effekt mätt på förstärkarens ingång.
 
Linjäritet hos en förstärkare påvisas av hur väl effektnivån på utgången representeras som en funktion av en linjär variation av ingångseffekten. En god linjär förstärkare levererar en förstärkt kopia av ingångssignalen med försumbar generering av harmonisk- eller intermodulationsdistorsion.
 
Maximal signalnivå talar om vilken största CW eller pulsad signal som med viss marginal kan appliceras på förstärkarens ingång. När maximal signalnivå överskrids kan det medföra permanent ökning av brusnivå, ökad distorsion, minskad förstärkning (gain) och i vissa fall även att ingångsdelen blir förstörd.
 
Brusfaktor (NF) är signal/brusförhållandet på förstärkarens ingång jämfört med signal/ brus-förhållandet på utgången och anges i dB.
 
Stabilitet för en förstärkare är ett mått på hur immun den är för självsvängning, så att den inte genererar en signal på utgången utan att det finns en signal på ingången.  
        

Comptronic AB       Telefon: 08-564 706 70       E-post: mailbox@comptronic.se       Adress: Stormbyvägen 2-4, 163 55 Spånga       Öppettider: må–fr: 08.30–17.00