II. Виды связи между каскадами.

 

При соединении отдельных каскадов в многокаскадный усилитель используются разные виды цепей связи между каскадами:

- непосредственная связь;

- гальваническая связь;

- емкостная связь;

- трансформаторная связь;

- оптронная связь.

При непосредственной связи между каскадами постоянные и переменные напряжения на выходе предыдущего и входе последующего каскадов равны. Примерами усилителей с непосредственными связями могут быть схемы рис. 7.1 и 7.2.

Двухкаскадный усилитель образован последовательным включением двух однотипных каскадов ОЭ – ОЭ. Питание каскадов осуществляется параллельно.

Рис. 1

 

Для VT 2 = -

 

Рис. 2

 

Двухкаскадный усилитель образован последовательным соединением разнотипных каскадов ОЭ-ОБ. Питание каскадов осуществляется последовательно.

Достоинствами многокаскадных усилителей с непосредственными связями являются:

- простота схем;

- отсутствие низкочастотных искажений вследствие отсутствия разделительных конденсаторов между каскадами;

- возможность стабилизации статического режима с помощью межкаскадных ООС.

Недостатки:

- сложность расчета и настройки из-за невозможности разделить усилитель на отдельные каскады;

- в схемах с параллельным питанием (рис. 7.1) для обеспечения нужной величины (десятые доли вольта) необходимо обеспечивать небольшое значение , либо использовать большой величины . Первое ограничивает динамический диапазон усилителя и снижает коэффициент усиления, второе сильно снижает коэффициент усиления по напряжению.

Непосредственная связь между каскадами применяется в многокаскадных усилителях, выполняемых в виде микросхем.

В многокаскадных усилителях с гальваническими связями в цепь межкаскадной связи включаются потенциалопонижающие схемы:

- резистивные цепи;

- прямосмещенные диоды или обратносмещенные стабилитроны;

- схемы сдвига уровня.

В усилителях с гальваническими межкаскадными связями постоянный потенциал на входе последующего каскада отличается от постоянного потенциала на выходе предыдущего на величину U_сдв. На прохождение переменного сигнала схема сдвига уровня влиять не должна (рис.7.3).

Рис. 3

= -

= 0,7 в случае использования в цепи связи кремниевого диода.

В случае использования стабилитрона может составлять единицы вольт. Ослабление переменного сигнала определяется сопротивлением диода в прямом включении или дифференциальным сопротивлением стабилитрона, а они невелики.

Схема сдвига уровня представлено на рис. 7.4.

Рис. 4

- = = +

Постоянство обеспечиваемое с помощью ГСТ делает неизменныйи . Эта схема сдвига незначительно ослабляет переменный сигнал, т.к. представляет собой ЭП. Потеря переменного сигнала происходит на , но выходное сопротивление ГСТ значительно больше , поэтому потери незначительны.

При емкостной связи между каскадами в цепь связи включается разделительный конденсатор, пропускающий только переменный сигнал с выхода предыдущего каскада на вход последующего. Постоянное смещение, задающее положение рабочей точки, обеспечивается отдельно в каждом каскаде (рис. 7.6, 7.7).Емкостная связь используется обычно в усилителях, выполненных на дискретных элементах. Наличие разделительных конденсаторов приводит к искажениям низкочастотных сигналов.

Трансформаторная связь между каскадами позволяет оптимизировать величину нагрузки усилительного элемента предыдущего каскада и получить от него выходной сигнал максимальной мощности (рис 5)

Рис. 5

= > 1

=

К недостаткам транформаторной межкаскадной связи относятся:

- большие размеры трансформаторов;

- частотные искажения сигнала.

Используя сочетание разных видов каскадов - ОЭ, ОК, ОБ можно получить большое разнообразие многокаскадных усилителей. Распространение получили комбинации:

- однотипных каскадов - каскадов с ОЭ;

- каскадов с ОК (ЭП) и группы каскадов с ОЭ;

- каскадов с ОЭ и ОБ (каскад);

- каскадов с ОК и ОБ (усилитель с эмиттерной связью).

Многокаскадный усилитель, образованный последовательным соединением каскадов с ОЭ имеет большой коэффициент усиления по напряжению среднее, по сравнению с другими типами каскадов, входное сопротивление больше, чем входное (рис. 7.6)

Рис.6

Дополнение такого усилителя каскадом ЭП на входе увеличивает его входное сопротивление, что обеспечит лучшее согласование с источником входного сигнала и приведет к увеличению сквозного коэффициента усиления по напряжению (рис.7.7).

Рассмотренные выше многокаскадные усилители являются широкополосными (апериодическими).

В резонансных усилителях, осуществляющих усиление сигналов радиочастотного диапазона часто используется каскадная схема, представляющая собой двухкаскадный усилитель, образованный каскадами с ОЭ и ОБ (рис 7.8).

Рис .7

 

Рис. 8.

Важнейшим достоинством каскадной схемы является практическое отсутствие обратной связи за счет проводимости обратной передачи транзисторов, что обеспечивает устойчивость (отсутствие возможности самовозбуждения) работы усилителя в области высоких частот. (Проводимость обратной передачи транзисторов вызывает обратную связь, отрицательную в области нижних и средних частот; в области высоких частот приобретает емкостный характер и может привести к превращению обратной связи в положительную, что грозит самовозбуждением усилителя). Нагрузкой первого транзистора является очень низкое входное сопротивление каскада с ОБ, поэтому коэффициент усиления по напряжению первого каскада очень мал, он дает усиление только по току. Каскад с ОБ, не давая усиления по току, обеспечивает хорошее усиление по напряжению. В целом усилительные свойства каскадного усилителя эквивалентны усилительным свойствам одиночного каскада с ОЭ. Связь выходной и входной цепи идет через очень низкое входное сопротивление каскада с ОБ и поэтому имеет незначительную величину.

Хорошая развязка выходной и входной цепей получается в двухкаскадном усилителе с эмиттерной связью (сочетание каскадов ОК-ОБ) (рис. 7.9).

Рис. 9

Усилительные свойства этого двухкаскадного усилителя аналогичны усилительным свойствам каскадной схемы. Отличием является высокое входное сопротивление.

Для улучшения параметров и характеристик многокаскадных усилителей наряду с местными отрицательными обратными связями в отдельных каскадах применяется межкаскадная ОС. Примеры межкаскадной ООС приведены на рис. 7.6 и рис. 7.7. В обоих случаях обратная связь отрицательная, поэтому приведет к уменьшению коэффициента усиления и нелинейных искажений. На рис. 7.6 ООС является параллельной по выходу и параллельной по входу, поэтому приведет к снижению выходного сопротивления многокаскадного усилителя и увеличению входного сопротивления второго каскада на рис. 7.7. ООС является параллельной и по выходу и по входу, поэтому приведет к уменьшению и выходного сопротивления всего усилителя и входного сопротивления второго каскада. Выбрав так, чтобы 1/ɷ << вовсем рабочем диапазоне частот получим частотно-независимую ОС, увеличивающую ширину полосы пропускания усилителя. Уменьшая величину можно получить частотно-зависимую ОС и выполнить коррекцию АЧХ на снижение верхней граничной частоты усилителя.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В лекции рассмотрены схемы многокаскадных усилителей с различными видами связи между каскадами. Также рассмотрены частотные свойства многокаскадных усилителей, обоснована необходимость комбинации видов связи в схемах многокаскадных усилителей.