Краткое содержание лекции. Современные усилители однокаскадными не выполняются, так как один каскад не может обеспечить требуемого усиления с хорошим качеством

Современные усилители однокаскадными не выполняются, так как один каскад не может обеспечить требуемого усиления с хорошим качеством, поэтому усилители, которые применяются в аппаратуре радио- и про­водного вещания, радиосвязи, телевидения, многоканальной свя­зи, каналообразующей телеграфной аппаратуре, аппаратуре пере­дачи данных, измерительной аппаратуре, являются многокаскадны­ми. С помощью одиночного каскада трудно обеспечить желаемое усиление сигналов, необходимые свойства усилительной схемы по ее входному или выходному сопротивлению, требуемые по усло­виям работы предельные значения выходных токов и напряжений. В связи с этим усилительные тракты приходится выполнять по многокаскадной схеме, включающей два и более последовательно соединенных каскадов.

При проектировании и расчете многокаскадных усилителе приходится решать ряд вопросов:

· Коэффициент усиления напряжения, тока и мощности многокаскадного усилителя, выраженный в относительных единицах, равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов в тех же единицах.

Если коэффициенты усиления отдельных каскадов выражены децибелах, то коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен сумме коэффициентов усиления этих каскадов.

· Угол сдвига фазы многокаскадного усилителя находят как сум­му углов сдвига фазы всех его каскадов и цепей, вносящих эти искажения:

· Коэффициент гармоник многокаскадного усилителя в боль­шинстве случаев можно считать равным коэффициенту гармоник его последнего каскада, так как амплитуда сигнала на последнем каскаде усилителя наибольшая и этот каскад обычно вносит наи­большие нелинейные искажения.

· Распределение заданных на усилитель частотных и переходных искажений между каскадами и цепями усилителя производят таким образом, чтобы при невысокой стоимости и небольших габаритных размерах деталей схемы обеспечивались заданные свой­ства усилителе. Частотные искажения нa нижней рабочей частоте и искажения вершины импульса на каскады, имеющие трансформаторы или кон­денсаторы большой емкости, допускают большей величины, чем в обычном резисторном каскаде; так, например, в трансформатор­ном каскаде для уменьшения размеров, массы и стоимости трансформатора коэффициент искажений Мн.тр берут в 2—3 раза боль­ше, чем в обычном резисторном каскаде. Если многокаскадный усилитель содержит одинаковые каскады, то частотные искаже­ния на низшей частоте и искажения вершины импульса у всех каскадов можно брать одинаковыми и делить их поровну между цепями каскадов, вносящими эти искажения.

· При проектировании многокаскадных усилителей очень важным моментом являемся согласование входных и выходных сопротивле­ний между каскадами, а также между источником сигнала и входным каскадом усилителя, нагрузкой и выходным каскадом. В ка­честве согласующего устройства используются трансформаторы, а также эмиттерные (истоковые, катодные) повторители, которые благодаря 100% последовательной ООС по напряжению обладают высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Преимущест­вом эмиттерного повторителя является также возможность усиле­ния мощности, хорошие частотные и фазовые характеристики.

· Предусматривают регулировку усиления и тембра. Обычно регулировки усиления вводят в первых каскадах, чтобы остальные каскады не работали в режиме перегрузки.

· Решают вопрос об устойчивости усилителя.

При введении в усилительное устройство глубокой отрицатель­ной обратной связи усилитель в большинстве случаев самовозбуж­дается, если не принять специальных мер.

Самовозбуждение в усилителе с глубокой отрицательной обрат­ной связью может возникнуть из-за того, что на частотах, где уси­литель вместе с цепью обратной связи вследствие наличия в цепи ОС реактивных элементов вносит дополнительный сдвиг фазы 180°, отрицательная обратная связь становится положительной. Если на какой-либо из этих частот *>1, то усилитель с отрица­тельной обратной связью самовозбуждается. Обычно это происхо­дит на очень низких или очень высоких частотах, выходящих из рабочего диапазона, на которых дополнительный фазовый сдвиг усилителя с цепью обратной связи достигает 180°, однако, так как самовозбудившийся усилитель полностью загружен собственными колебаниями, он не усиливает сигналы в рабочем диапазоне час­тот.

Устойчивым называют такой усилитель, который в условиях эксплуатации (при включении, изменении нагрузки, замене усили­тельных элементов и деталей схемы, их старении и т. д.) не может самовозбудиться.

Устойчивость – это способность усилителя сохранять все свои параметры в пределах допустимой нормы при изменении условий эксплуатации и отсутствие самовозбуждения.

Устойчивость усилителя оценивается критерием Найквиста:

Усилительное устройство с обратной связью устойчиво, если его частотно-фазовая характеристика петлевого усиления, пред­ставленная замкнутой кривой, описываемой концом вектора *, при изменении частоты от 0 до не охватывает точку с коорди­натами 1; 0 (рис. 1а). У усилителей переменного тока диаграмма петлевого усиления представляет со­бой замкнутую кривую, оканчивающуюся в начале координат как при f=0, так и при f = .

Рис. 1. Диаграммы петлевого усиления (диаграммы Найквиста) для усилителей переменного тока с отрицательной обратной связью: а — устойчивого; б — неустойчивого; в — условно устойчивого

Для того чтобы усилитель с глубокой отрицательной обратной связью был устойчив, принимают меры, снижающие * на часто­тах, где дополнительный сдвиг фазы цепи * достига­ет 180°. Для этого следует

· охватывать обратной связью возможно меньшее число каскадов и желательно охватывать каскады, даю­щие малые фазовые сдвиги (например, резисторные).

· При необ­ходимости охватить отрицательной обратной связью каскад с выходным трансформатором, желательно обратную связь снимать с первичной обмотки трансформатора, а не со вторичной, так как это уменьшает фазовый сдвиг петли обратной связи.

· Если у кас­када, охватываемого обратной связью, имеется входной трансфор­матор, то из этих же соображений обратную связь следует вво­дить не в первичную, а во вторичную его обмотку.

· Если необходимо охватить обратной связью большое число каскадов (например, для повышения стабильности усиления усилителя), то для облегчения обеспечения устойчивости петлю обратной связи можно разделить на две петли или больше, так как с уменьшением числа каскадов, охваченных обратной связью, обеспечение устойчивости упрощается. Однако при этом сильно снижается усиление, что заставляет вводить добавочные каскады.