Принципы построения

Лекция 9. Многокаскадные усилители

При усилении малых входных сигналов может оказаться, что одного усилительного каскада недостаточно для получения нужного коэффициента усиления. В этом случае задачу решают с помощью много­каскадных усилителей.

Многокаскадным усилителем называется усилитель, получаемый путем последовательного соеди­нения отдельных каскадов (рис. 1). В многокаскадных усилителях выходной сигнал первого и любого промежуточного каскада служит входным сигналом последующего каскада. Нагрузкой указанных каскадов является входное сопротивление последующего каскада. Входное и выходное сопротивления усилителя определяются соответственно входным и выходным каскадами.

Рис. 1. Структурная схема многокаскадного усилителя

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления входящих в него каскадов:

(1)

Связь каскадов в многокаскадном усилителе может осуществляться с помощью конденсатора, трансформатора или непосредственно. В соответствии с этим различают усилители с конденсаторной, трансформаторной и непосредственной связью.

В настоящее время усилители применяются преимущественно в интегральном исполнении с непосредственной связью между каскадами. Исключение составляют узкополосные усилители радиотехнических устройств высокой частоты, где связь усилительных каскадов интегрального исполнения, а также связь источника вход­ного сигнала с входом усилителя и выхода усилителя с нагрузкой могут осуществляться через трансформатор (одна из обмоток которого образует с дополнительно вводимым конденсатором параллельный колебательный контур). Конденсаторы в усилителях интегрального исполнения могут применяться как навесные элементы для связи источника входного сигнала с входом усилителя, выхода усилителя с нагрузкой, а также для связи отдельных усилителей между собой. В качестве элемента связи конденсатор используется в усилителях звуковых частот, усилителях высокой частоты и широкополосных усилителях.

Для многокаскадных усилителей важными являются амплитудно-частотная, фазочастотная и амплитудная характеристики. На данном занятии эти показатели будут рассматриваться для усилителей, в которых в качестве элементов связи используются конденсаторы, поскольку этот случай является более общим. Рассмотрение проведем для наиболее общего случая — на примере многокаскадного усилителя с конденсаторной связью между каскадами. Материал базируется на применении в усилителях биполярных транзисторов.

В многокаскадных усилителях с конденсаторной связью (рис. 2) нагрузкой промежуточного каскада является входная цепь после­дующего каскада. С учетом замены R_н на R_вх анализ, проведенный на ранее, действителен и для промежуточных каскадов. Число каскадов в многокаскадном усилителе определяют по выражению (1) исходя из требуемого коэффициента усиления. Каскады рассчиты­вают (выбор и обеспечение режима покоя, расчет по переменному току) в последовательности от оконечного каскада к первому. Сначала проводят расчет оконечного каскада, который обеспечивает получение требуемой мощности (тока или напряжения) сигнала на нагрузке R_н.

По коэффициенту усиления оконечного каскада определяют параметры его входного сигнала, являющиеся исходными для расчета предоконечного каскада и т. д. вплоть до первого (входного) кас­када. Расчет вначале ведут для средней частоты f₀, что позволяет пренебречь влиянием конденсаторов в усилителе (их сопротивление принимают равным нулю или бесконечности для конденсаторов, стоя­щих в схеме замещения параллельно) и не учитывать зависимость параметров транзисторов от частоты. Учет свойств транзисторов и влияния конденсаторов в случае необходимости производят исходя из диапазона частот усиливаемого сигнала, чем обеспечивается требуемая полоса пропускания частот усилителя.

Рис. 2. Схема многокаскадного усилителя с конденсаторной связью

Наличие в схеме усилителя конденсаторов и зависимость параметров транзисторов от частоты приводят к тому, что при изменении частоты входного сигнала напряжение на выходе усилителя изме­няется как по амплитуде, так и по фазе. В соответствии с этим коэффициент усиления по напряжению характеризуется комплексной величиной, определяемой модулем коэффициента усиления || и углом фазового сдвига выходного синусоидального напряжения усилителя относительно входного.

Дата добавления: 2014-01-03