'Signal Booster' dans le monde électronique : comment Booster rend-il la vie plus intelligente ?

Comprendre l'amplificateur booster en un seul article : un assistant puissant pour l'amélioration du signal

Dans le domaine de l'électronique, le Booster (booster/amplificateur) est un type de circuit ou d'appareil très important, principalement utilisé pour améliorer les signaux, la tension, le courant ou la puissance. Il est largement utilisé et joue un rôle clé dans de nombreux produits et systèmes électroniques.

Types et fonctions de Booster

(I) Booster de tension

La fonction de l' amplificateur de tension est d'augmenter la tension d'entrée jusqu'à une tension de sortie plus élevée. Par exemple, dans certains appareils alimentés par batterie, il peut augmenter la tension de 3,3 V de la batterie au lithium à 5 V ou 12 V pour alimenter des lumières LED ou alimenter des composants haute tension tels que des MCU et des capteurs. Le circuit de mise en œuvre commun est le circuit Boost boost (DC-DC Boost Converter) basé sur des inductances, des condensateurs et des éléments de commutation.

(II) Amplificateur de signal

L'amplificateur de signal peut amplifier les signaux faibles tout en réduisant les interférences sonores. Il est principalement divisé en amplificateurs RF et amplificateurs audio. Les amplificateurs RF peuvent améliorer les signaux sans fil, tels que les amplificateurs de signal de téléphone portable ; les amplificateurs audio sont utilisés pour améliorer la force des signaux audio, tels que les circuits amplificateurs de puissance. Les amplificateurs de signal sont largement utilisés dans les équipements de communication, les systèmes audio et l'amélioration du signal d'antenne.

(III) Boosters de courant/puissance

Les amplificateurs de courant/puissance sont généralement utilisés conjointement avec des régulateurs de tension pour fournir un courant ou une puissance de sortie plus élevé. Dans la conception, des transistors de puissance (tels que MOSFET) ou des amplificateurs opérationnels sont souvent utilisés pour réaliser une expansion de courant, et fournir des courants importants pour les circuits de commande de moteur est une application courante.

(IV) Autres boosters électroniques

Il existe également des boosters spéciaux, tels que des pompes à condensateur/charge, qui multiplient la tension grâce au stockage d'énergie par condensateur et peuvent générer ± 12 V à partir de 5 V ; Les boosters de pilote de LED fournissent un courant constant pour les LED à haute luminosité, telles que les pilotes de lumière LED automobiles ; Les amplificateurs de puissance USB peuvent améliorer le courant ou la tension de sortie des ports USB, et les modules de charge rapide sont basés sur ce principe.

Composition et structure des amplificateurs de signal

La composition des amplificateurs de signaux varie en fonction du type, mais la structure de base comprend plusieurs parties principales.

▼ Composants de base

●Étage d'entrée : responsable de la réception des signaux faibles et de l'exécution d'une amplification préliminaire ou d'une adaptation d'impédance. Parmi eux, la source du capteur/signal (telle que le microphone, l'antenne, la sortie du capteur) est la source du signal, le réseau d'adaptation d'impédance (tel que le transformateur, le réseau de résistances) peut réduire la réflexion du signal et l'amplificateur à faible bruit (LNA, pour les signaux RF/haute fréquence) peut supprimer le bruit.

● Étape d'amplification : il s'agit du maillon central de l'amplification du signal, et l'amplitude du signal est augmentée par des transistors (BJT, MOSFET, etc.) ou des amplificateurs opérationnels (Op-Amp). Dans le même temps, le circuit de rétroaction négative peut stabiliser le gain et réduire la distorsion. Si le gain en un seul étage est insuffisant, une amplification en plusieurs étages sera utilisée.

● Étage de sortie : La fonction principale est de piloter la charge, telle que les haut-parleurs, les antennes, les moteurs, etc. L'amplificateur de puissance (PA, tel qu'un amplificateur de classe A/B/D) fournit suffisamment de puissance pour la charge, le réseau d'adaptation d'impédance garantit que le signal est efficacement transmis à la charge, et il existe des circuits de protection (tels que la protection contre les surintensités et la surchauffe) pour garantir le fonctionnement sûr de l'équipement.

● Alimentation : Fournit une tension/courant de fonctionnement stable pour l'amplificateur. Le circuit de stabilisation de tension (tel que LDO, convertisseur DC-DC) assure la stabilité de la tension, et le condensateur/inducteur de filtre est utilisé pour supprimer le bruit de l'alimentation.

▼ Circuits auxiliaires

●Réseau de rétroaction : contrôle le gain, la bande passante et la linéarité via une rétroaction négative, généralement composée de résistances et de condensateurs pour former une boucle de rétroaction, telle qu'une rétroaction en série de tension.

● Circuit de filtre : utilisé pour filtrer les composants de fréquence inutiles, tels que le bruit, les harmoniques, etc. Les filtres courants incluent les filtres passe-bas, passe-haut et passe-bande, qui peuvent être composés de filtres RC, LC ou actifs.

● Circuit de polarisation : fournit un point de fonctionnement statique (point Q) pour le transistor/amplificateur, généralement composé de composants tels qu'un réseau diviseur de résistances et une source de courant constant.

▼ Conceptions spéciales de différents types d' amplificateurs

● Amplificateur RF : Traite les signaux haute fréquence (MHz - GHz), nécessitant une adaptation d'impédance et un blindage. À cette fin, des transformateurs RF, des filtres SAW, des couvercles de blindage et d'autres composants sont ajoutés pour éviter les interférences.

● Amplificateur audio : Nécessite une faible distorsion et une réponse large bande (20 Hz - 20 kHz), et sera équipé d'un circuit de contrôle de tonalité (réglage Graves/Aigus) et d'un potentiomètre de volume.

● Amplificateur opérationnel : Il présente les caractéristiques d'un gain élevé et d'une impédance d'entrée élevée. Cela nécessite un réseau de feedback externe pour définir la fonction. Les configurations courantes incluent l'amplification en phase/inversée, l'intégrateur, le comparateur, etc.

Paramètres clés des amplificateurs RF

Prenons l'exemple des amplificateurs RF. Plusieurs paramètres clés doivent être compris :

1. Plage de fréquences : elle fait référence à la plage de fréquences dans laquelle l’amplificateur fonctionne efficacement. Lors de la sélection, assurez-vous qu'elle correspond à la fréquence du signal. Par exemple, les signaux Wi-Fi 2,4 GHz nécessitent que l'amplificateur prenne en charge cette bande de fréquences.

2. Gain : C'est le rapport entre la puissance du signal de sortie et la puissance du signal d'entrée, en dB. Par exemple, un gain de 13 dB signifie que la puissance du signal de sortie est 20 fois supérieure à celle de l'entrée, mais un gain trop élevé peut provoquer une instabilité et une auto-oscillation.

3. Planéité du gain : il indique la plage de fluctuation du gain dans toute la bande de fréquences, telle que ± 1,5 dB, ce qui peut empêcher certains signaux de fréquence d'être suramplifiés ou atténués.

4. Facteur de bruit : Il fait référence au degré de détérioration du rapport signal/bruit d'entrée (SNR) et du rapport signal/bruit de sortie, en dB. Par exemple, NF = 3,5 dB signifie qu'une fois le signal traversant l'amplificateur, le rapport signal/bruit diminue de 3,5 dB. Le NF d'un amplificateur à faible bruit (LNA) est généralement inférieur à 2 dB.

5. Puissance de sortie : fait référence à la puissance de sortie lorsque le gain est réduit de 1 dB par rapport à la région linéaire. L'unité est le dBm. Il représente la limite supérieure du fonctionnement linéaire de l'amplificateur. Si cette puissance est dépassée, le signal sera considérablement déformé.

6. Point d'intermodulation du troisième ordre : utilisé pour caractériser la distorsion non linéaire. Plus la valeur est élevée, meilleure est la linéarité. C'est un paramètre clé dans l'amplification des signaux multifréquences (comme les systèmes de communication).

7. Adaptation d'impédance : la valeur typique dans le domaine RF est de 50 Ω et dans le champ vidéo, elle est de 75 Ω. Une inadéquation d'impédance provoquera une réflexion du signal et augmentera le rapport d'onde stationnaire VSWR.

8. Alimentation et efficacité : La tension et le courant d'alimentation doivent être compatibles avec l'alimentation du système. L'amplificateur de puissance doit également prêter attention à l'efficacité. Par exemple, le rendement de classe D peut dépasser 90 %.

9. Autres paramètres : y compris la plage de température (qualité industrielle - 40°C à + 85°C, qualité commerciale 0°C à + 70°C) et la forme d'emballage (montage en surface CMS ou boîtier coaxial, tel qu'une interface SMA).

Scénarios d'application des amplificateurs Booster

⑴ Amélioration du réseau de communication mobile

Dans les angles morts des signaux intérieurs tels que les grands centres commerciaux, les parkings souterrains, les immeubles de grande hauteur et les zones isolées telles que les zones rurales et montagneuses, les amplificateurs Booster peuvent recevoir les signaux des stations de base externes et les amplifier pour résoudre le problème de couverture insuffisante du signal. Par exemple, les répéteurs de signal cellulaire, qui sont des amplificateurs de signal de téléphonie mobile courants, sont souvent utilisés dans les maisons ou les bureaux. Sa mise en œuvre technique consiste à recevoir les signaux des stations de base via des antennes directionnelles, à filtrer le bruit et à les amplifier via des amplificateurs à faible bruit, puis à les transmettre via des antennes intérieures. Il prend également en charge plusieurs bandes de fréquences (telles que 4G/5G, GSM) et est compatible avec différents opérateurs.

⑵Extension du signal Wi-Fi

Lorsqu'un seul routeur dans un grand immeuble résidentiel n'est pas suffisamment couvert et lorsque des lieux publics tels que des hôtels, des aéroports et des stades nécessitent une couverture transparente, les amplificateurs Booster s'avèrent utiles. Les répéteurs Wi-Fi peuvent recevoir des signaux du routeur principal, les amplifier et les transmettre, tandis que les nœuds du réseau maillé travaillent ensemble via plusieurs nœuds pour optimiser dynamiquement le chemin du signal. Il s’agit d’une solution Booster plus intelligente. Cette approche peut réduire les coûts de déploiement du réseau et éviter le recâblage.

⑶Amélioration du signal de radiodiffusion et de télévision

Dans les zones reculées ou les zones avec des immeubles de grande hauteur denses, les amplificateurs Booster peuvent amplifier les signaux de télévision par satellite (tels que DVB-S) et de télévision numérique terrestre (DVB-T), et peuvent également améliorer les signaux radio FM/AM et améliorer la qualité du son. La technologie clé consiste à obtenir une transmission à faible perte de signaux haute fréquence et à garantir la qualité du signal grâce à une conception anti-interférence (telle que des circuits de filtrage pour supprimer les interférences de fréquence adjacentes).

⑷ Industrie et Internet des objets (IoT)

Dans les usines, les champs de pétrole et d'autres environnements, il peut améliorer la distance de transmission du signal des capteurs sans fil (tels que LoRa, NB-IoT) ; dans les communications par drones, il peut élargir la portée de communication entre les drones et les terminaux de contrôle. Cela nécessite que les amplificateurs Booster soient dotés d'une grande fiabilité et d'une conception anti-interférences électromagnétiques (EMI) pour s'adapter aux environnements difficiles.

⑸Communications par satellite

Dans les scénarios de communications par satellite embarqués/véhicules, tels que les navires océaniques et les véhicules tout-terrain, les amplificateurs Booster peuvent recevoir de manière stable les signaux satellite ; en cas de catastrophe, des réseaux de communication temporaires peuvent être rapidement déployés. Cependant, cela se heurte aux difficultés techniques liées au suivi dynamique des signaux satellites (tels que les systèmes VSAT) et à la compensation du décalage de fréquence Doppler.

⑹ Radiofréquence (RF) et équipement électronique

Dans les laboratoires, les équipements de test RF l'utilisent pour amplifier les signaux faibles afin de faciliter la détection et l'analyse ; dans le domaine des équipements médicaux, tels que l'IRM et les instruments de surveillance médicale sans fil, les amplificateurs Booster peuvent améliorer la stabilité du signal. Cela nécessite une conception d’amplificateur de haute précision et à faible bruit pour éviter la distorsion du signal.

Avantages et précautions des amplificateurs booster

(I) Avantages fondamentaux

L'amplificateur Booster présente l'avantage d'une couverture étendue à faible coût sans nécessiter de nouvelles stations de base ou infrastructures ; il peut également être déployé de manière flexible et proposer des solutions d'amélioration personnalisées pour des zones spécifiques (telles que des bâtiments à un étage, des chambres individuelles) ; il a une forte compatibilité et prend en charge les signaux multibandes et multiprotocoles, tels que 5G/Wi-Fi 6.

(II) Précautions

Lorsque vous utilisez des amplificateurs Booster, vous devez prêter attention à la conformité réglementaire et répondre aux exigences locales en matière de gestion radio, telles que l'obtention de la certification FCC pour éviter les interférences avec d'autres appareils. Lors de l'installation, la position et la direction de l'antenne doivent être ajustées avec précision pour éviter l'auto-oscillation du signal (interférence de boucle de rétroaction).

Tendances futures

Avec le développement de la technologie, les amplificateurs Booster évolueront dans le sens de l'intelligence et de l'intégration à l'avenir. En termes d'intelligence, l'IA ajuste dynamiquement la force du signal et la bande de fréquence, et peut automatiquement l'optimiser en fonction de l'emplacement de l'utilisateur ; en termes d'intégration, il sera combiné avec de petites stations de base (Small Cell) et du edge computing pour améliorer l'efficacité du réseau.

À l'ère de l'Internet of Everything, en particulier lorsque les signaux haute fréquence 5G/6G sont sujets à l'atténuation, les amplificateurs Booster, en tant que technologie de base pour combler les lacunes de couverture, continueront à jouer un rôle clé.

Produits de communication professionnels

ZHENGZHOU LEHENG TECHNOLOGIE ÉLECTRONIQUE CO., LTD

Tél:86-371-60911368

86-371-65097986

Courriel : info@global-antenna.com

Web : https://www.asialeren.com