وجهات النظر: 222 المؤلف: ليا النشر الوقت: 2025-04-13 الأصل: موقع
قائمة المحتوى
● مقدمة لمضخمات الضوضاء المنخفضة (LNAs)
● التنفيذ العملي: بناء مضخم ضوضاء منخفض
>> مثال الدائرة
● مكبرات الصوت التفاضلية لتقليل الضوضاء
>> كيف تعمل مكبرات الصوت التفاضلية
● التقنيات المتقدمة لتضخيم الإشارة
>> تأثير تالبوت
● خاتمة
>> 1. ما هو الهدف الأساسي لمكبر صوت ضوضاء منخفض؟
>> 2. كيف تقلل مكبرات الصوت التفاضلية من الضوضاء؟
>> 3. ما هو تأثير Talbot المستخدم في تضخيم الإشارة؟
>> 4. ما هي المواصفات الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار مضخم ضوضاء منخفض؟
>> 5. لماذا تعتبر المقاومة مهمة في تصميم LNA؟
يعد تضخيم الإشارات الصاخبة المنخفضة مهمة مهمة في مختلف المجالات ، بما في ذلك الاتصالات السلكية واللاسلكية والأجهزة الطبية ومعدات الاختبار الإلكترونية. الهدف هو تعزيز الإشارة مع تقليل إدخال ضوضاء إضافية. ستوجهك هذه المقالة خلال عملية تضخيم الإشارات الصاخبة المنخفضة باستخدام مكبرات الصوت ، مع التركيز على المفاهيم الرئيسية ، اعتبارات التصميم ، والتنفيذ العملي.
مضخم ضوضاء منخفض (LNA) هو مكون إلكتروني مصمم لتضخيم الإشارات الضعيفة دون تحلل نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل كبير. تعد LNAs حاسمة في أنظمة الاتصالات الراديوية ، ومحطات الراديو الهواة ، والأدوات الطبية ، ومعدات الاختبار الإلكترونية. أنها عادة ما توفر كسب الطاقة 100 (20 ديسيبل) مع الحفاظ على رقم ضوضاء منخفض (NF) ، وهو مقياس لمدى تدهور مكبر للصوت SNR للإشارة.
- كسب: مقدار التضخيم الذي توفره LNA. يمكن أن يؤدي ارتفاع المكسب إلى تضخيم الإشارات الضعيفة ولكن قد يزيد من الضوضاء.
- رقم الضوضاء (NF): مقياس لمقدار مكبر للصوت يحط من SNR. تشير قيم NF المنخفضة إلى أداء أفضل.
- الخطية: قدرة مكبر الصوت على التعامل مع الإشارات الكبيرة دون تشويه.
- الحد الأقصى لإدخال RF: أقصى قوة إشارة يمكن أن يتعامل معها دون تشبع.
عند تصميم LNA ، يجب مراعاة عدة عوامل:
1. اختيار المكون: اختر المكونات ذات الخصائص المنخفضة للضوضاء ، مثل الترانزستورات ذات التأثير الميداني (JFETs) أو الترانزستورات ذات القابلية الإلكترونية عالية الإلكترون (HEMTS).
2. نقاط التشغيل: قم بتحسين جهد التحيز من أجل الاستهلاك الخطي وانخفاض استهلاك الطاقة.
3. مطابقة المقاومة: ضمان مطابقة المعاوقة المناسبة للمدخلات والمخرجات لزيادة كفاءة نقل الطاقة إلى الحد الأقصى.
4. تقنيات التغذية المرتدة: استخدم ردود الفعل السلبية لتحقيق الاستقرار في الكسب وتحسين مطابقة المدخلات والمخرجات.
لتوضيح هذه المفاهيم ، فكر في دائرة LNA بسيطة باستخدام JFET:
تتضمن الدائرة عادةً JFET مع مقاوم التعليقات لتحقيق الاستقرار في المكسب وضمان الخطي. يتم تطبيق إشارة الدخل على بوابة JFET ، ويتم أخذ الإخراج من الصرف. يتم تحقيق مطابقة المقاومة المناسبة باستخدام دوائر LC أو المحولات لضمان أقصى قدر من نقل الطاقة.
يتضمن بناء مكبر صوت منخفض الضوضاء عدة خطوات:
1. تحديد OP-AMP: اختر OP-AMP مع خصائص ضوضاء منخفضة ، مثل LM324 أو OP07.
2. تصميم الدائرة: استخدم تكوين مكبر للصوت غير المباشر للبساطة والاستقرار.
3. التصفية: تنفيذ مرشحات عالية التمرير ومنخفضة التمرير لتحديد عرض النطاق الترددي وتقليل الضوضاء.
فيما يلي دائرة أساسية لمكبر صوت ضوضاء منخفضة مع تصفية:
تبدأ الدائرة بفلتر عالي التمرير لإزالة الضوضاء ذات التردد المنخفض ، تليها مرحلة مضخم غير مقلوب لتعزيز الإشارة. أخيرًا ، يتم استخدام مرشح تمرير منخفض لإزالة الضوضاء عالية التردد وتحديد عرض النطاق الترددي للإخراج.
مكبرات الصوت التفاضلية فعالة بشكل خاص في تقليل الضوضاء الوضع المشترك. أنها تضخيم الفرق بين إشارات الإدخال ، مما يساعد على القضاء على الضوضاء الكهربائية الخارجية.
- المبدأ: تضخيم الفرق بين إشارات الإدخال.
- تقليل الضوضاء: يتم طرح الضوضاء ذات الوضع المشترك ، مما يؤدي إلى إخراج أنظف.
يتم استخدام مكبرات الصوت التفاضلية بشكل شائع في الأجهزة الطبية ، مثل آلات ECG ، حيث تساعد في عزل الإشارات البيولوجية الضعيفة عن التداخل الخارجي.
قدمت الأبحاث الحديثة طرقًا مبتكرة لتضخيم الإشارات الضعيفة مع تقليل الضوضاء. تستخدم إحدى هذه التقنيات تأثير Talbot لتضخيم الإشارات البصرية بشكل سلبي دون تشويه أشكالها الموجية.
- المبدأ: يستغل تأثير التصوير الذاتي في الألياف البصرية لتكديس النبضات.
- التطبيق: تضخيم الإشارات البصرية الضعيفة مع تقليل الضوضاء.
هذه التقنية واعدة للتطبيقات في أنظمة الاتصال البصرية حيث يكون تضخيم الإشارة أمرًا ضروريًا للحفاظ على تكامل البيانات على مسافات طويلة.
بالإضافة إلى استخدام مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء ومكبرات الصوت التفاضلية ، يمكن استخدام العديد من تقنيات تقليل الضوضاء:
1. التدريع: استخدم العبوات المعدنية لحماية الدائرة من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي (EMI).
2. التأريض: ضمان التأريض المناسب لمنع حلقات الأرض التي يمكن أن تقدم الضوضاء.
3. وضع المكون: وضع مكونات استراتيجية لتقليل الاقتران الكهرومغناطيسي بينهما.
يتطلب تضخيم الإشارات الصاخبة المنخفضة دراسة متأنية لتصميم المضخم واختيار المكونات وتقنيات التصفية. من خلال فهم مبادئ مضخمات الضوضاء المنخفضة وتنفيذ تقنيات متقدمة مثل التضخيم التفاضلي وطرق التضخيم السلبي ، يمكنك تعزيز الإشارات الضعيفة بشكل فعال مع تقليل الضوضاء.
يهدف مضخم الضوضاء المنخفض إلى تضخيم الإشارات الضعيفة دون تحلل نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل كبير (SNR).
تقلل مكبرات الصوت التفاضلية من الضوضاء عن طريق تضخيم الفرق بين إشارتين إدخالين ، وطرح ضوضاء الوضع المشترك بشكل فعال.
يتم استخدام تأثير Talbot لتضخيم الإشارات البصرية الضعيفة بشكل سلبي عن طريق تكديس النبضات دون تشويه أشكالها الموجية.
تشمل المواصفات الرئيسية الكسب ، وشكل الضوضاء ، والخطية ، وأقصى إدخال RF.
تعتبر مطابقة المقاومة أمرًا بالغ الأهمية لزيادة كفاءة نقل الطاقة إلى الحد الأقصى وتقليل الانعكاسات التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور الإشارة.
[1] https://www.youtube.com/watch؟v=car8hk_ubjs
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/low-noise_amplifier
[3] https://www.pasternack.com/low-noise-amplifiers-category.aspx
[4] https://www.youtube.com/watch؟v=NOCP6CZ32YO
[5] https://www.conoptics.com/low-noise-amplifier/
[6]
[7] https://www.everythingrf.com/search/microwave-rf-amplifiers/filters؟page=1&country=global&stype=٪3Blow+Noise+Amplifier٪3b
[8] https://www.youtube.com/watch؟v=QYUWPQE0MQ8
[9] https://www.sciencedaily.com/release/2022/02/220202111750.htm
[10] https://electronics.stackexchange.com/questions/690426/what-is-the-point-of-signal-mplification-if-noise-also-mplified
[11] https://e2e.ti.com/support/amplifiers/f/amlifiers-forum/282827/i-want-to-amplify-a-low-frequency-and-low-ampludent-signal-and-am-am-problem-of-noise-and-Offset
[12] https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/an-introduction-electronics/content-section-4.9
[13] https://www.analog.com/en/resources/app-notes/an-940.html
[14] https://forum.allaboutcircuits.com/threads/very-low-level-signal-mplification-and-calulating-noise.170371/
[15] https://www.windmill.co.uk/noise.html
[16] https://www.digikey.co.th/th/articles/low-noise-amplifiers-maximize-receiver-sivitive
[17] https://resources.pcb.cadence.com/blog/2022-how-to-amplify-audio-signals
[18] https://electronics.stackexchange.com/questions/177381/how-to-amplify-a-very-small-signal
[19] https://www.analog.com/en/product-category/low-noise-op-amps-laythanequalto-10nv.html
[20]
[21] https://www.mdpi.com/1424-8220/24/5/1417
[22] https://www.youtube.com/watch؟v=L2AZK_FWPAQ
[23] https://www.alamy.com/stock-photo/low-noise-amplifier.html
[24] https://www.youtube.com/watch؟v=WVQCCchjh2be
[25] https://www.linkedin.com/advice/0/how-do-you-enhance-audio-video-signals
[26] https://www.analog.com/en/product-category/low-noise-amplifiers.html
[27] https://www.youtube.com/watch؟v=uxg5uqjs8gg
[28] https://www.youtube.com/watch؟v=2mgkvgywwrk
[29]
[30] https://www.ti.com/video/5759962258001
[31] https://dl.acm.org/doi/10.1145/3457682.3457731
[32] https://www.minicircuits.com/webstore/modelsearch.html؟model=PMA2-123ln5-d٪2B
[33] https://www.youtube.com/@lessnoisemoresignalpodcast
[34] https://ijournalse.org/index.php/esj/article/download/51/21
[35 '
[36] https://www.minicircuits.com/pdfs/pma3-24323ln+.pdf
[37] https://www.biometricupdate.com/202209/newways-to-parate-noise-from-signal-trim-processes-to-boost-image-cality
[38]
