Многокаскадных усилителях

Многокаскадные усилители с ОС чаще всего представляют собой структуры, выходящие за рамки одноканальной ОС. В дополнение к общей ОС нередко используются схемы с местными ОС и схемы с теми или иными разновидностями эмиттерной '(истоковой) связи. Отдельный каскад или несколько каскадов, охваченных ОС, можно рассматривать как усилитель с одноканальной ОС для некоторого участка цепи. При многоканальной ОС следует говорить о возвратном отношении Т=— КоВ_, глубине ОС ?=>1+_Г и чувствительности S только для данного усилительного элемента или

Для повышения коэффициента усиления применяют несколько каскадов усиления (многокаскадные усилители).

— эквивалентной линеаризации 99 Многокаскадные усилители 162 Модулирующая частота 175 Модуляция 174

В зависимости от того, какой параметр входного сигнала (напряжение, ток или мощность) требуется увеличить с помощью усилительного каскада, различают усилительные каскады напряжения, тока и мощности. Усилительный каскад напряжения имеет коэффициент усиления Ки, как правило, равный нескольким десяткам. В инженерной практике очень часто необходимо получить значительно больший коэффициент усиления по напряжению, достигающий многих тысяч и даже миллионов. Для решения такой задачи используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подключен к выходу предыдущего ( 5.2).

В гл. 5 были рассмотрены усилительные каскады с общим эмиттером и общим истоком, которые имеют коэффициент усиления по напряжению, как правило, равный нескольким десяткам. Однако для многих устройств промышленной электроники требуются усилители с более высокими коэффициентами усиления по напряжению. В этих случаях используют многокаскадные усилители, в том числе усилители с резистивно-емкостной связью. На 6.1 приведена схема двухкаскадного усилителя напряжения с резистивно-емкостной связью на биполярных транзисторах типа п-р-п. Усилитель состоит из двух усилительных каскадов с общим эмиттером, соединенных между собой через конденсатор связи Cci, включенный между коллектором транзистора 7\ и базой транзистора Т2. Конденсатор СС1 не пропускает постоянную составляющую коллекторного

В последнее время многокаскадные усилители напряжения с резистивно-емкост-ной связью часто выполняют на интегральных микросхемах. Для получения таких усилителей используют интегральные микросхемы серий К123, К140, К175, К224, К237, К272 и др. Так, например, интегральные микросхемы серии К123 позволяют создавать многокаскадные усилители низкой частоты с полосой пропускания 200 Гц —100 кГц и коэффициентом усиления 30—500.

В интегральном исполнении резонансный усилитель реализуется лишь частично. Обычно используется усилительная ИМС, к которой подключается навесной LC-контур. Отметим, что иногда подключается лишь одна навесная катушка индуктивности, а небольшая емкость контура содержится в самой ИМС. Для получения микроминиатюрных резонансных устройств широко используются многокаскадные усилители только с одним колебательным контуром, который подключается лишь к одному каскаду.

Многокаскадные усилители. В таких усилителях используют местные обратные связи, охватывающие отдель- Рис 2<6 Схема многокаскадного ши-НЫ6 каскады, ИЛИ Об- рокополосного усилителя ратные связи, охватывающие два и более каскадов, а также целиком всю схему.

Если усиления одного усилительного элемента недостаточно, то в качестве нагрузки RH используют входную цепь второго усилительного элемента, выход которого подключается ко входу третьего элемента, и т. д. Усилитель, содержащий несколько ступеней усиления, называют многокаскадным. Таким образом, по структуре различают однокаскадные и многокаскадные усилители, а по способу связи между каскадами — усилители с емкостной, трансформаторной и непосредственной (гальванической) связями. Отметим также, что применение в качестве усилительных элементов интегральных микросхем, обладающих большим коэффициентом усиления в одной дискретной ячейке, позволяет во многих случаях ограничиться лишь одним каскадом усиления.

§ 4.8. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Многокаскадные усилители применяют в тех случаях, когда одиночный каскад не обеспечивает заданного усиления по напряжению, току или мощности. При этом усилитель может содержать как однотипные, так и разнотипные каскады.

В многокаскадных усилителях для повышения коэффициента усиления первого каскада часто применяют составные транзисторы и специальные транзисторы, обладающие большим коэффициентом усиления /i2i*1000-:-2000 и работающие в режиме микротоков.

входной ВАХ биполярного транзистора, которая имеет форму экспоненты, а не прямой линии. Искажения этого вида оцениваются коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений) Кг. В многокаскадных усилителях общий Кг можно принять равным сумме коэффициентов гармоник всех каскадов. На практике же основные искажения обычно вносятся выходным каскадом, который работает на больших амплитудах сигналов.

В многокаскадных усилителях с последовательной передачей энергии сигнала от входа к выходу результирующие коэффициенты усиления определяются как произведение частных коэффициентов каждого каскада.

Местные ОС наибольшей глубины обычно предусматривают в выходных каскадах для линеаризации их амплитудных характеристик; введение же общих обратных связей более эффективно, однако часто затруднено из-за частотных искажений и фазовых сдвигов. В многокаскадных усилителях, обладающих большим количеством реактивных элементов, на некоторых частотах возможен поворот фазы напряжения обратной связи более чем на 180 ° по отношению к входному сигналу. В этом случае отрицательная ОС переходит в положительную, а вся система самовозбуждается и начинает генерировать незатухающие колебания. Причиной такого же самовозбуждения могут оказаться также паразитные обратные связи как за счет непостоянства уровня питания, так и вследствие электростатических или электромагнитных наводок различных ЭДС на входные цепи усилителя.

В многокаскадных усилителях через общие цепи питания, емкости монтажа, паразитные индуктивности могут возникать внутренние обратные связи, для которых на какой-нибудь частоте выполняется соотношение (4.18). Это приводит к ухудшению характеристик усилителя и в некоторых случаях — к его самовозбуждению. Такие обратные связи называют паразитными. Тщательный монтаж, использование развязывающих фильтров и другие меры позволяют свести к минимуму возможность возникновения цепей паразитных обратных связей.

В многокаскадных усилителях связь между каскадами осуществляется с помощью специальных схем межкаскадной связи, которые должны иметь достаточно стабильный коэффициент передачи в рабочем диапазоне

ротивления. Поэтому ее часто применяют в многокаскадных усилителях в качестве согласующего каскада и выходного каскада при работе на низкоомную нагрузку. Наиболее часто используют схему с общим эмиттером ( 8.7), с помощью которой можно осуществлять усиление по току, напряжению и наибольшее по сравнению с другими схемами включения транзистора усиление по мощности. Эта схема характеризуется незначительным входным сопротивлением.

1. Укажите виды междукаскадных связей, применяемых в многокаскадных усилителях.

Усилительные каскады, рассмотренные в 4.5 и 4.6, являются основными каскадами, используемыми в многокаскадных усилителях входного сигнала. В ряде случаев, когда те или иные характеристики рассмотренных каскадов оказываются недостаточными, приходится видоизменять их, расширяя возможности характеристики усилителя в целом.

В многокаскадных усилителях рассмотренного типа можно легко изменять число каскадов, добавляя или исключая их при необходимости. При этом режим остальных каскадов остается неизменным. Возможно также независимое изменение режимов по постоянному току любого входящего в усилитель каскада.

Рассмотрим это подробнее. Обычно в многокаскадных усилителях используются однотипные транзисторы, поэтому потенциалы точек 1 и 2 (Ui и f/2) относительно общей цепи (плюс источника питания) зависят от вида входной характеристики транзистора и рабочего тока транзистора. Из принципиальной схемы видно, что должно выполняться следующее соотношение: