Düşük gürültülü sinyalin amplifikatör ile nasıl yükseltilmesi?

İçerik Menüsü

● Düşük gürültü amplifikatörlerine giriş (LNA'lar)

>> LNA'ların temel özellikleri

● LNA'lar için Tasarım Hususları

>> LNA tasarımı örneği

● Pratik Uygulama: Düşük gürültü amplifikatörü oluşturmak

>> Örnek devre

● Gürültü azaltma için diferansiyel amplifikatörler

>> Diferansiyel amplifikatörler nasıl çalışır?

● Sinyal amplifikasyonu için gelişmiş teknikler

>> Talbot etkisi

● Gürültü azaltma teknikleri

● Çözüm

● SSS

>> 1. Düşük gürültü amplifikatörünün birincil hedefi nedir?

>> 2. Diferansiyel amplifikatörler gürültüyü nasıl azaltır?

>> 3. Sinyal amplifikasyonunda kullanılan Talbot etkisi nedir?

>> 4. Düşük gürültü amplifikatörü seçerken dikkate alınması gereken temel özellikler nelerdir?

>> 5. LNA tasarımında empedans neden önemlidir?

● Alıntılar:

Düşük gürültülü sinyallerin yükseltilmesi, telekomünikasyon, tıbbi cihazlar ve elektronik test ekipmanları dahil olmak üzere çeşitli alanlarda kritik bir görevdir. Amaç, ilave gürültünün girişini en aza indirirken sinyali geliştirmektir. Bu makale, düşük gürültülü sinyalleri yükseltme sürecinde size rehberlik edecektir. amplifikatörler .Temel kavramlara, tasarım hususlarına ve pratik uygulamaya odaklanan

Düşük gürültü amplifikatörlerine giriş (LNA'lar)

Düşük gürültü amplifikatörü (LNA), sinyal-gürültü oranını (SNR) önemli ölçüde bozmadan zayıf sinyalleri yükseltmek için tasarlanmış bir elektronik bileşendir. LNA'lar radyo iletişim sistemleri, amatör radyo istasyonları, tıbbi enstrümanlar ve elektronik test ekipmanlarında çok önemlidir. Bir amplifikatörün bir sinyalin SNR'sini ne kadar bozduğunun bir ölçüsü olan düşük gürültü rakamını (NF) korurken genellikle 100 (20 dB) güç kazancı sağlarlar.

LNA'ların temel özellikleri

- Kazanç: LNA tarafından sağlanan amplifikasyon miktarı. Daha yüksek kazanç zayıf sinyalleri yükseltebilir, ancak gürültüyü de artırabilir.

- Gürültü Şekil (NF): Bir amplifikatörün SNR'yi ne kadar bozduğunun bir ölçüsü. Düşük NF değerleri daha iyi performansı gösterir.

- Doğrusallık: Amplifikatörün büyük sinyalleri bozulmadan işleme yeteneği.

- Maksimum RF girişi: Amplifikatörün doygunluk olmadan işleyebileceği maksimum sinyal gücü.

LNA'lar için Tasarım Hususları

Bir LNA tasarlarken, çeşitli faktörler dikkate alınmalıdır:

1. Bileşen seçimi: Kavşak alan-etki transistörleri (JFET'ler) veya yüksek elektron-mobilite transistörleri (HEMT'ler) gibi düşük gürültü özelliklerine sahip bileşenleri seçin.

2. Çalışma Noktaları: Doğrusallık ve düşük güç tüketimi için önyargı voltajını optimize edin.

3. Empedans eşleştirme: Güç aktarım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için uygun giriş ve çıkış empedans eşleşmesini sağlayın.

4. Geri bildirim teknikleri: Kazanç'ı dengelemek ve giriş çıkışı eşleşmesini iyileştirmek için negatif geri bildirim kullanın.

LNA tasarımı örneği

Bu kavramları göstermek için, bir JFET kullanarak basit bir LNA devresi düşünün:

Devre tipik olarak kazancı stabilize etmek ve doğrusallığı sağlamak için geri besleme direnci içeren bir JFET içerir. Giriş sinyali JFET'in kapısına uygulanır ve çıkış tahliyeden alınır. Maksimum güç aktarımını sağlamak için LC devreleri veya transformatörler kullanılarak uygun empedans eşleştirmesi elde edilir.

Pratik Uygulama: Düşük gürültü amplifikatörü oluşturmak

Düşük gürültü amplifikatörü oluşturmak birkaç adım içerir:

1. OP-AMP'yi seçme: LM324 veya OP07 gibi düşük gürültü özelliklerine sahip bir op-amp seçin.

2. Devre Tasarımı: Basitlik ve stabilite için ters olmayan bir amplifikatör yapılandırması kullanın.

3. Filtreleme: Bant genişliğini tanımlamak ve gürültüyü azaltmak için yüksek geçişli ve düşük geçişli filtreler uygulayın.

Örnek devre

Filtreleme ile düşük gürültü amplifikatörü için temel bir devre:

Devre, düşük frekanslı gürültüyü çıkarmak için yüksek geçişli bir filtre ile başlar, ardından sinyali artırmak için ters olmayan bir amplifikatör aşaması gelir. Son olarak, yüksek frekanslı gürültüyü çıkarmak ve çıkış bant genişliğini tanımlamak için düşük geçişli bir filtre kullanılır.

Gürültü azaltma için diferansiyel amplifikatörler

Diferansiyel amplifikatörler, ortak mod gürültüsünü azaltmada özellikle etkilidir. Harici elektrik gürültüsünü ortadan kaldırmaya yardımcı olan iki giriş sinyali arasındaki farkı artırırlar.

Diferansiyel amplifikatörler nasıl çalışır?

- Prensip: İki giriş sinyali arasındaki farkı güçlendirin.

- Gürültü azaltma: Ortak mod gürültüsü çıkarılır ve daha temiz bir çıkışla sonuçlanır.

Diferansiyel amplifikatörler, zayıf biyolojik sinyalleri dış girişimden izole etmeye yardımcı oldukları EKG makineleri gibi tıbbi cihazlarda yaygın olarak kullanılır.

Sinyal amplifikasyonu için gelişmiş teknikler

Son araştırmalar, gürültüyü azaltırken zayıf sinyalleri yükseltmek için yenilikçi yöntemler getirmiştir. Böyle bir teknik, dalga formlarını çarpıtmadan optik sinyalleri pasif olarak yükseltmek için Talbot efektini kullanır.

Talbot etkisi

- Prensip: Darbeleri istiflemek için optik liflerde kendi kendini görüntüleme etkisinden yararlanır.

- Uygulama: Gürültüyü azaltırken zayıf optik sinyalleri güçlendirir.

Bu teknik, sinyal amplifikasyonunun uzun mesafelerde veri bütünlüğünü korumak için kritik olduğu optik iletişim sistemlerindeki uygulamalar için umut vericidir.

Gürültü azaltma teknikleri

Düşük gürültü amplifikatörleri ve diferansiyel amplifikatörler kullanmanın yanı sıra, birkaç gürültü azaltma tekniği kullanılabilir:

1. Koruma: Devreyi harici elektromanyetik girişimden (EMI) korumak için metal muhafazalar kullanın.

2. Topraklama: Gürültüyü getirebilecek zemin döngülerini önlemek için uygun topraklamayı sağlayın.

3. Bileşen yerleştirme: Aralarındaki elektromanyetik bağlantıyı en aza indirmek için stratejik olarak bileşenler yerleştirin.

Çözüm

Düşük gürültülü sinyallerin yükseltilmesi, amplifikatör tasarımı, bileşen seçimi ve filtreleme tekniklerinin dikkatle değerlendirilmesini gerektirir. Düşük gürültü amplifikatörlerinin ilkelerini ve diferansiyel amplifikasyon ve pasif amplifikasyon yöntemleri gibi gelişmiş teknikleri uygulayarak, gürültüyü en aza indirirken zayıf sinyalleri etkili bir şekilde artırabilirsiniz.

SSS

1. Düşük gürültü amplifikatörünün birincil hedefi nedir?

Düşük gürültü amplifikatörü, sinyal-gürültü oranını (SNR) önemli ölçüde bozmadan zayıf sinyalleri yükseltmeyi amaçlamaktadır.

2. Diferansiyel amplifikatörler gürültüyü nasıl azaltır?

Diferansiyel amplifikatörler, iki giriş sinyali arasındaki farkı yükselterek gürültüyü azaltarak, ortak mod gürültüsünü etkili bir şekilde çıkarır.

3. Sinyal amplifikasyonunda kullanılan Talbot etkisi nedir?

Talbot etkisi, dalga formlarını çarpıtmadan darbeleri istifleyerek zayıf optik sinyalleri pasif olarak yükseltmek için kullanılır.

4. Düşük gürültü amplifikatörü seçerken dikkate alınması gereken temel özellikler nelerdir?

Temel özellikler kazanç, gürültü rakamı, doğrusallık ve maksimum RF girişi içerir.

5. LNA tasarımında empedans neden önemlidir?

Empedans eşleştirme, güç aktarım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve sinyali bozabilecek yansımaları en aza indirmek için çok önemlidir.

Alıntılar:

[1] https://www.youtube.com/watch?v=car8hk_ubjs

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/low-noise_mplififier

[3] https://www.pasternack.com/low-moise-amplifericers-category.aspx

[4] https://www.youtube.com/watch?v=nocp6cz32yo

[5] https://www.conoptics.com/low-moise-amplifier/

[6] https://physicsworld.com/a/new-technique-amplifies-weak-optical-signals-

[7] https://www.evythingrf.com/search/microwave-rf-ampliferiers/filters?page=1&country=global&stype=%3Blow+noise+ampifierve%3B

[8] https://www.youtube.com/watch?v=qyuwpqe0mq8

[9] https://www.scienceedaily.com/releases/2022/02/220202111750.htm

[10] https://electronics.stackexchange.com/questions/690426/what-is-the-point-of-signal-amplifikasyon-if-noise-is-also-amplifikasyon

[11] https://e2e.ti.com/support/mplifiers/f/mplifikers-forum/282827/i-want-to-mplififi--a--low-frekans--low-tomplitude-signal-and-am-sacing-problem-of- ve-ffset

[12] https://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/an-inroduction-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-amplification-and-caluting-noise.170371/

[15] https://www.windmill.co.uk/noise.html

[16] https://www.digikey.co.th/th/articles/low-soise-amplifericers

[17] https://resources.pcb.cadence.com/blog/2022-how-to-amplify-audio-signals

[18] https://electronics.stackexchange.com/questions/177381/how-to-amplify-a-vary-small-signal

[19] https://www.analog.com/en/product-crategory/low-neise-ep-mamps-lesstanequalto-10nv.html

[20] https://farran.com/news/introduction-to-low-noise-ampliferics/

[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-moise-amplifier.html

[24] https://www.youtube.com/watch?v=wvqcchjh2be

[25] https://www.linkedin.com/advice/0/how-do-ou-enhance-audio-video-signals

[26] https://www.analog.com/en/product-crategory/low-neise-amplifericers.html

[27] https://www.youtube.com/watch?v=uxg5uqjs8gg

[28] https://www.youtube.com/watch?v=2mgkvgywwrk

[29] https://www.multisim.com/content/bflq8sjcfy7hips2wav8ka/low-noise-amplifier/

[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/@@lessnoisemoressignalpodcast

[34] https://ijournalse.org/index.php/esj/article/download/51/21

[35] https://physicsworld.com/a/new-technique-amplifies-weak-optical-signals-

[36] https://www.minicircuits.com/pdfs/pma3-24323ln+.pdf

[37] https://www.biometricupdate.com/202209/new-ways-to-parate-from-signal-trim-processes-to-image-quality-quality

[38] http://prof.khuisf.ac.ir/images/uploaded_files/chapter5%20low%20noise%208mplififiers_new%20edition%5B5088715%5d.pdf