Принципы построения АЭУ

Обычно усиление, получаемое от одного активного элемента (транзистора, микросхемы), оказывается недостаточным для нормальной работы АЭУ, и тогда используют более развитый усилитель, состоящий из нескольких активных усилительных элементов и элементов связи. Элементами связи могут быть сопротивления, переходные устройства, цепи питания, цепи стабилизации исходного режима работы. Активный усилительный элемент с относящимися к нему элементами связи называется каскадом.

АЭУ может состоять из нескольких каскадов, каждый из которых выполняет строго определенные функции. В качестве примера на рис. 1.2 представлена типовая структурная схема усилителя, состоящего из четырех каскадов. В этом усилителе входной каскад (ВК), промежуточный каскад (ПК), предоконечный каскад (ПОК) и оконечный каскад (ОК), работающий на нагрузку (Н). Все каскады охвачены петлей отрицательной обратной связи (ООС). Входной сигнал поступает от источника сигналов (ИС).

Рис.1.2. Типовая структурная схема усилителя

В многокаскадных усилителях различают четыре основных типа каскадов (рис…): входной, промежуточные, предоконечный и оконечный.

Специфика входного и оконечного каскадов обуславливается конкретными характеристиками источника сигнала и нагрузки, с которыми непосредственно связаны эти каскады.

В качестве входного каскада (ВК) может требоваться малошумящий усилитель, усилитель с необычным- очень большим или очень малым входным сопротивлением, дифференциальный каскад. Таким образом, выбор схемы и режима входного каскада осуществляется с учетом свойств источника усиливаемого сигнала. В некоторых случаях специфические требования и характеристики усилителя, связанные с особенностями источника сигнала, не удается удовлетворить соответствующим проектированием одного первого каскада и, например, повышенное входное сопротивление или низкий уровень шума должны иметь также второй (реже – третий) каскад, причем он также относится к типу входных.

Аналогично, выбор схемы и режима оконечного каскада (ОК) зависит в первую очередь от нагрузки, на которую работает усилитель: необходимого уровня (мощности, напряжения или тока) сигнала, характера и величины сопротивления нагрузки, наличия зажима, допускающего соединение с общим («заземленным») проводом, и т.д. из-за большой выходной мощности оконечного каскада, применения в нем двухтактной схемы и некоторых других его особенностей предъявляются особенные требования к режиму или схеме предшествующего ему предоконечного каскада (ПК), в качестве которого часто приходится применять усилители мощности, фазоинверторы. В некоторых случаях, при особо большой выходной мощности усилителя, может потребоваться повышенная мощность и третьего (считая от выхода) каскада, причем он также будет относиться к типу предоконечных.

Промежуточными называют каскады, находящиеся между входным и предоконечным, на которые не распространяются специфические требования, зависящие от особенностей источника усиливаемого сигнала и нагрузки усилителя. Эти каскады являются малосигнальными усилителями, часто выполняются по однотипной схеме, причем источником сигнала для каждого из них служит выходная, а нагрузкой – входная цепи аналогичного каскада.

При отсутствии особых требований со стороны источника усиливаемого сигнала входной каскад усилителя может не отличаться от промежуточных. Аналогично при соответствующих условиях могут отсутствовать специальные предоконечные и даже оконечный каскады. Наконец, если общий коэффициент усиления должен быть небольшим, промежуточные каскады могут оказаться ненужными.

Более подробная структурная схема усилителя отражает места установки ручных и автоматических регуляторов (усиления, частотной характеристики и др.), наличие и точки соединения цепей обратной связи, наличие места включения цепей, придающих особый вид частотной характеристике усилителя, переключателей источников усиливаемых сигналов и нагрузок.

Определение структурной схемы усилителя составляет первый этап проектирования всякого УУ, после чего возможен подробный расчет всех каскадов. В то же время правильный выбор структурной схемы, позволяющей получить требуемые характеристики усилителя в целом, опирается на знание типовых характеристик, которыми обладают различного рода усилительные каскады, вариантов их схем и режимов, способов связи между собой и достаточного ассортимента схемных решений таких устройств, как регуляторы, частотные корректоры, включая схемы с ОС. Детализацию и уточнение рациональной структуры часто приходится производить в несколько приемов, перемежающихся с оценочными расчетами конкретных схем отдельных каскадов усиления. Поэтому изложению вопросов проектирования многокаскадных усилителей предшествует рассмотрение вариантов схем, характеристик и техники расчета одиночных каскадов различного назначения и специальных функциональных устройств.

Основное назначение промежуточного каскада (ПК) – как можно большее усиление по напряжению. Этот каскад работают в режиме малого сигнала, т.е. в линейном режиме. К нему также предъявляются требования, обеспечения равномерной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и требуемого по техническому заданию (ТЗ) динамического диапазона.

Предоконечный каскад (ПОК) обеспечивает на своем выходе сигнал как по напряжению, так и по мощности достаточной для возбуждения транзистора оконечного каскада. Иными словами, он должен иметь значительное усиление по напряжению и мощности. Этот каскад работает в режиме достаточно большого сигнала.

Оконечный каскад (ОК) выделяет в нагрузку полезную мощность благодаря оконечному усилению по мощности K_P = n (10…1000). Усилительные элементы этого каскада работают в режиме большого сигнала, т.е. в нелинейном режиме, в связи с чем к оконечному каскаду предъявляются требования по обеспечению требуемых по техническому заданию нелинейных искажений. Вносимые оконечным и отчасти предоконечным каскадами искажения могут быть уменьшены, если усилитель охватить петлей ООС.

Дата добавления: 2014-01-03