10. Разработка структурной схемы устройства

10.1. Многокаскадные усилители

10.1.1. Определение числа каскадов и составление структурной схемы

По заданным номинальным напряжениям сигнала на входе и выходе усилителя определяется требуемый коэффициент усиления¹

.

Этот коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каскадов

,

где  коэффициент усиления i-го каскада.

Чем больше , тем меньшее число каскадов потребуется для обеспечения . Однако при этом для каждого из каскадов потребуется ОУ с большей частотой единичного усиления (разд. 6), цена которого в первом приближении пропорциональна . Это с одной стороны. А с другой  при высоких коэффициентах усиления каскадов (более 100…200 на каскад) возникают проблемы снижения глубины паразитных обратных связей выхода и входа каскадов. Они возникают в основном за счет резистивных, и емкостных связей (например, за счет паразитной емкости между входом и выходом каскада). необходимость минимизации этих связей (для устранения влияния их на устойчивость и линейные искажения) приводит к усложнению конструктивной реализации усилителя, к повышению стоимости его изготовления. Поэтому рекомендуется выбирать число каскадов, ориентируясь на данные таблицы 10.1.

Таблица 10.1

Коэффициент усиления	Число каскадов n
	1
	2
	3
	4

При ориентировочном определении числа каскадов (с точностью до одного) можно полагать, что каждый из каскадов обеспечит (или 20 дБ):

. (10.1)

Примечание. Далее в процессе расчетов это число может быть уточнено, например, увеличено за счет выявленной необходимости включения в состав усилителя повторителя или за счет обеспечения требуемой полярности выходного сигнала в импульсном усилителе.

После определения числа каскадов анализируются особенности требований технического задания (ТЗ) и уточняется структурная схема усилителя.

Пример. ТЗ предусмотрены следующие особенности усилителя.

1. Плавная и ступенчатая регулировки усиления. тогда, в соответствии с подразделом 9.1, выбираются места включения каждого из регуляторов (обычно ступенчатый на входе усилителя, плавный в первом или во втором каскаде для того, чтобы следующие каскады не перегружались при максимальном входном сигнале). Определяются схемы регуляторов.

2. Симметричный выход усилителя. Для его обеспечения можно, например, использовать в качестве выходного каскада фазоинвертор (подразд.6.1). При этом следует учесть, что коэффициент передачи этого каскада равен сумме коэффициентов передачи составляющих его плеч. Это приведет к уточнению ранее определенных коэффициентов передачи каждого из каскадов (или одного из каскадов).

3. Низкоомный вход усилителя для согласования с волновым сопротивлением подводящего кабеля. Для его обеспечения потребуется особое схемное решение первого каскада и ступенчатого регулятора.

4. Симметричный вход усилителя и ослабление синфазной помехи. В этом случае необходимо использовать либо трансформаторный вход, либо использовать одну из схем резистивных каскадов с симметричным входом (например, схему, описанную в подразд. 7.2). И т.д.

После учета всех особенностей усилителя, оговоренных ТЗ, составляется структурная схема усилителя и уточняются требования к каждому из блоков этой схемы по всем основным параметрам функционирования.