1. ВВЕДЕНИЕ

В большинстве случаев одиночные каскады не обеспечивают необходимое усиление и заданные параметры усилителей. Поэтому усилители, которые применяют в аппаратуре связи и измерительной технике, многокаскадные. При анализе и расчете многокаскадного усилителя необходимо определить общий коэффициент усиления усилителя, искажения, вносимые им, распределять их по каскадам, определить требование к источникам, решить вопросы введения обратных связей и т.д.

2. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ

рис.1

Коэффициент усиления усилителя можно определить, исходя из структурной схемы (рис.1):

Кобщ = Uвых/Uвх = (Uвых/Un-1) … (U3/U2)(U2/Uвх)=KnKn-1…K2K1 или
Kобщ = K1K2…Kn ef((1+(2+…+(n)

где K1,…, Kn – коэффициенты усиления каскадов, (1,…, (n – фазовые сдвиги, вносимые каждым усилительным каскадом.

Таким образом, для многокаскадного усилителя общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада.
Суммарный фазовый сдвиг, вносимый усилителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада. Сквозной коэффициент усиления

Kобщ = kвхKобщ

где kвх=Zвх/(Zг + Zвх) – коэффициент передачи входной цепи. Если коэффициент усиления отдельных каскадов выразить в логарифмических единицах, то общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя будет равен сумме коэффициентов
Kобщ[дб] = K1[дб] + … + Kn[дб]

В аппаратуре связи для компенсации потери мощности на отдельных участках (затухания) необходимо, чтобы усилитель работал на согласованную нагрузку, т.е. его входное сопротивление должно быть равно сопротивлению источника (выходного сопротивления предыдущего тракта аппаратуры или линии), а выходное сопротивление должно равняться сопротивлению нагрузки.
Для согласования усилителей по входу и выходу используют усилители с обратной связью и согласующие трансформаторы. Отклонение от согласования в рабочей полосе частот оценивается коэффициентом отражения

При использовании согласующих трансформаторов пересчитанное сопротивление нагрузки в первичную обмотку R’1=Rнn2, где п— коэффициент трансформатора, т. е. отношение витков первичной обмотки к вторичной (рис.
2,а).

На рис.2,а имеем: U2=U1/n; I2=I1n2, тогда Rн=U2/I2 = (U1/I1)n2 или R’1 = U1/I1=Rнn2=Rг. Отсюда с учетом потерь в трансформаторе коэффициент трансформации: где nt – КПД трансформатора.

Применение входного и выходного трансформаторов позволяет достаточно просто осуществить переход с симметричной схемы на несимметричную (рис.2, б). рис. 2

3. СУММИРОВАНИЕ ИСКАЖЕНИЙ В МНОГОКАСКАДНОМ УСИЛИТЕЛЕ

Коэффициент частотных искажений Mобщ определяется как отношение модуля коэффициента усиления на средней частоте к модулю коэффициента усиления на рассматриваемой частоте, т. е.

Mобщ = K0общ/Kобщ(() = (К01/K1(())(K02/K2(())…(K0n/Kn(()).

Следовательно, общий коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений каждого каскада.

Mобщ=М1М2…Мn
C учетом коэффициента передачи входной и выходной цепей
Мобщ=МвхМ1М2…MnMвых

Соответственно отностиельный коэффициент усиления

Yобщ=Y1Y2…Yn
Для коэффициента частотных искажений и относительного коэффициента усиления усилителя в логарифмических единицах
Mобщ[дб]=M1[дб]+M2[дб]+…+Mn[дб]
Yобщ[дб]=Y1[дб]+Y2[дб]+…+Yn[дб]

Заданные частотные искажения между каскадами распределяют таким образом, чтобы получить наименьшую стоимость и габаритные размеры усилителя.
Наибольшие частотные искажения дают трансформаторные усилительные каскады.
Поэтому на нижней частоте в трансформаторном каскаде коэффициент искажений берут в 2 ...3 раза выше, чем в обычном резисторном каскаде. Для уменьшения размеров переходных конденсаторов при низкой граничной частоте диапазона можно применять низкочастотную коррекцию. На верхней граничной частоте диапазона звуковых частот частотные искажения могут значительно проявляться только в трансформаторных каскадах, которые можно уменьшить соответствующим выбором параметров трансформатора (уменьшением индуктивности рассеяния и межвитковой емкости). В широкополосных усилителях для получения возможно большего усиления в каждый каскад следует вводить высокочастотную коррекцию.

В усилителях импульсных сигналов искажения общей переходной характеристики можно определить по искажениям переходных характеристик отдельных каскадов. Общее время нарастания

Выброс вершины

Спад плоской вершины