Малошумящий усилитель (LNA) — это тип электронного усилителя, используемый для усиления сигналов с очень низким уровнем шума. Это важный компонент, используемый в широком спектре приложений, от систем связи до радиолокационных систем. В этой статье мы рассмотрим основы малошумящих усилителей и обсудим их различные типы, конструктивные особенности, области применения и многое другое.
Что такое малошумящий усилитель?
Усилитель с низким уровнем шума — это электронное устройство, используемое для усиления слабых сигналов с минимальным добавлением шума к сигналу. Обычно он используется в радиочастотных (РЧ) схемах и микроволновых устройствах, где он усиливает слабые сигналы перед их передачей на приемник. Он разработан с низким коэффициентом шума, который представляет собой отношение уровня сигнала к уровню шума усилителя, и высоким коэффициентом усиления, который представляет собой отношение выходного сигнала к входному.
Конструкция малошумящего усилителя
НЗУ обычно состоят из двух каскадов: входного и выходного. Входной каскад усиливает входной сигнал, а выходной каскад усиливает сигнал еще раз. Такой двухкаскадный подход снижает уровень шума и увеличивает коэффициент усиления. НЗУ обычно используются в виде интегральных схем (ИС) или модулей. Ниже приведена схема малошумящего усилителя:
Преимущества использования малошумящего усилителя
Малошумные усилители (LNA) являются важным компонентом любой современной системы связи. Они предназначены для усиления очень слабых сигналов с минимальным добавлением шума. Таким образом, они являются важным звеном в цепочке сигналов, позволяя обнаруживать и усиливать сигналы от удаленных источников для дальнейшей обработки. Они обладают рядом преимуществ, в том числе:
- Низкий коэффициент шума:
LNA разработаны с низким коэффициентом шума, что означает, что они могут усиливать слабые сигналы с минимальным шумом. Это делает их идеальными для применений, где важно соотношение сигнал/шум.
- Высокий коэффициент усиления:
Усилители с низким уровнем шума имеют высокий коэффициент усиления, что означает, что они могут усиливать слабые сигналы до уровня, подходящего для дальнейшей обработки.
- Широкая полоса пропускания:
Усилители с низким уровнем шума могут работать в широком диапазоне частот, что делает их пригодными для различных применений.
- Компактный размер:
Усилители с низким уровнем шума обычно выпускаются в виде интегральных схем или модулей, что упрощает их интеграцию в конструкции.
Эти преимущества делают LNA незаменимым компонентом в широком спектре применений, от систем связи до радиолокационных систем.
Типы малошумящих усилителей
Малошумные усилители можно разделить на три основных типа:
- Низкошумный предусилитель:
Низкошумный предусилитель предназначен для усиления слабых сигналов на входном каскаде. Он имеет низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления, что делает его идеальным для применений, где важно соотношение сигнал/шум.
- Усилитель с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем шума:
Усилитель с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем шума предназначен для усиления слабых сигналов на выходном каскаде. Он имеет высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума, что делает его идеальным для применений, где сигнал необходимо значительно усилить.
- Частотно-избирательный малошумящий усилитель:
Частотно-избирательный малошумящий усилитель предназначен для усиления сигналов в определенном диапазоне частот. Он имеет низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления, что делает его идеальным для применений, где сигнал необходимо усилить в определенном диапазоне частот.
Диапазон частот малошумящих усилителей
Малошумные усилители могут работать в широком диапазоне частот, от нескольких килогерц до нескольких гигагерц. Диапазон частот зависит от типа усилителя и его конструкции. Например, малошумный предусилитель обычно работает в диапазоне частот до нескольких сотен мегагерц, а частотно-избирательный малошумный усилитель может работать в диапазоне частот до нескольких гигагерц.
Соображения по дизайну LNA
При проектировании малошумящего усилителя необходимо учитывать несколько факторов, таких как:
- Коэффициент усиления:
Коэффициент усиления малошумящего усилителя следует выбирать в зависимости от области применения. Например, если в данной области применения требуется высокий коэффициент усиления, следует использовать малошумящий усилитель с высоким коэффициентом усиления.
- Коэффициент шума:
Коэффициент шума малошумящего усилителя следует выбирать в зависимости от области применения. Например, если в данной области применения требуется низкий коэффициент шума, то следует использовать малошумящий предусилитель.
- Полоса пропускания:
Полоса пропускания малошумящего усилителя должна выбираться в зависимости от области применения. Например, если для применения требуется широкая полоса пропускания, то следует использовать частотно-селективный малошумящий усилитель.
- Потребляемая мощность:
Потребляемая мощность малошумящего усилителя должна выбираться в зависимости от области применения. Например, если для применения требуется низкое энергопотребление, то следует использовать малошумящий усилитель с низким энергопотреблением.
Применение малошумящих усилителей
Усилители с низким уровнем шума используются в различных областях, в том числе:
- Беспроводная связь:
Сюда входят такие области применения, как сотовые телефоны, Wi-Fi и Bluetooth.
- Радарные системы:
Сюда входят такие области применения, как управление воздушным движением и наблюдение.
- Измерительные системы:
Сюда входят такие области применения, как медицинская визуализация и спектроскопия.
- Спутниковая связь:
Сюда входят такие области применения, как спутниковое телевидение и спутниковый Интернет.
- Автомобильные системы:
Сюда входят такие области применения, как навигация транспортных средств и предотвращение столкновений.
Усилители с низким уровнем шума также используются в различных других областях, таких как управление промышленными процессами, военная связь и т. д.
Производители малошумных усилителей
Поиск подходящего производителя LNA имеет решающее значение для успешного проектирования системы. Существует множество производителей, специализирующихся на производстве высокопроизводительных LNA и других РЧ-компонентов, каждый из которых предлагает широкий ассортимент продукции. К числу ведущих производителей LNA относятся Skyworks Solutions, RFMD, Avago Technologies, Texas Instruments и TriQuint Semiconductor.
Skyworks Solutions предлагает широкий ассортимент малошумящих усилителей, от простых одноступенчатых конструкций до более сложных многоступенчатых усилителей с более высоким коэффициентом усиления и лучшими характеристиками. Их продукты отличаются исключительной линейностью, низким уровнем шума и высоким коэффициентом усиления, что делает их пригодными для применения в различных отраслях промышленности.
RFMD — еще один крупный поставщик малошумящих усилителей, предлагающий несколько различных линеек продуктов. Компания специализируется на высокоинтегрированных решениях, которые позволяют сократить количество компонентов и размеры, что дает возможность ее клиентам разрабатывать более компактные и эффективные системы. LNA от RFMD отличаются низким коэффициентом шума и превосходной линейностью, что делает их отличным выбором для высокопроизводительных приложений.
Avago Technologies является лидером в области радиочастотных компонентов и хорошо известна своими высококачественными LNA. Их продукты предназначены для таких областей применения, как спутниковая связь, сотовые сети и системы Wi-Fi. LNA Avago обладают отличным коэффициентом усиления, низким уровнем шума и высокой линейностью, что делает их отличным выбором для любых требовательных приложений.
Заключение
Малошумные усилители являются важным компонентом, используемым в широком спектре приложений, и понимание основ малошумных усилителей необходимо для проектирования и создания успешных систем. Существует несколько типов малошумных усилителей, таких как малошумные предусилители, малошумные усилители с высоким коэффициентом усиления и частотно-избирательные малошумные усилители. При выборе малошумного усилителя важно учитывать такие факторы, как коэффициент усиления, коэффициент шума, полоса пропускания, потребляемая мощность и стоимость. Существует несколько производителей малошумящих усилителей, в том числе Texas Instruments, Analog Devices, Skyworks Solutions, Qorvo и NXP Semiconductors.
