5.2.7. Багатокаскадні підсилювачі

Багатокаскадні підсилювачі застосовують у тих випадках, коли один каскад не забезпечує заданого підсилення за напругою, струмом або потужністю. При цьому підсилювач може мати як однотипові, так і різнотипові каскади. Структурна схема багатокаскадного підсилювача, що містить п каскадів, зображена на рис.5.13.

Рис.5.13. Структурна схема багатокаскадного

підсилювача

Основними параметрами такого підсилювача є коефіцієнт-ти підсилення за напругою, струмом, потужністю а також вхідний R_вх. і вихідний R_вих. опорами.

При побудові багатокаскадного підсилювача одним з основних питань є узгодження каскадів без помітної втрати підсилення. Найчастіше в якості окремих каскадів багатокаскадного підсилювача використовують каскади СЕ, що займають за вхідним і вихідним опорами проміжне положення між каскадами СБ і СК, але мають значне підсилення за потужністю. У багатокаскадних підсилювачах зв’язок між каскадами здійснюється за допомогою спеціальних схем міжкаскадного зв’язку, які повинні мати досить стабільний коефіцієнт передачі в робочому діапазоні частот і мінімальну нелінійність.

Одна з типових схем двокаскадного підсилювача з резистивно-ємнісним зв’язком наведена на рис.5.14. Напруга, підсилена першим каскадом на транзисторі VТ₁, знімається з колектора цього транзистора й передається через розділовий конденсатор С_р2 на вхід другого каскаду на транзисторі VТ₂.

Навантаженням першого каскаду є вхідний опір другого каскаду. Навантаження R_н підсилювача під’єднують до виходу другого каскаду. Призначення конденсаторів C_p1, С_р2, С_р3 – пропускають тільки змінну складову сигналів.

R₁, R₂, R¹₁, R¹₂, кіл температурної стабілізації R_e, С_e аналогічне описаному раніше. До кожного окремого каскаду застосовні всі положення аналізу, наведені для схеми СЕ.

Рис.5.14. Транзисторний двокаскадний підсилювач із

резистивно-ємнісним зв’язком

Частотна характеристика підсилювача має вигляд, який зображений на рис.5.15.

Рис.5.15. Амплітудно-частотна характеристики

підсилювача

Зниження коефіцієнта підсилення в області нижніх частот

обумовлено розділовими конденсаторами С_р1, С_р2 і С_р3, а також конденсатором у колі емітера транзистора VТ₁.

Із зниженням частоти збільшується спадання напруги на зростаючих опорах перехідних конденсаторів і тим самим знижується напруга корисного сигналу, що підводиться до входів окремих каскадів і навантаження R_н.

В області верхніх частот необхідно враховувати бар’єрні ємності колекторних переходів транзисторів, опори яких зменшуються із зростанням частоти, шунтуючи навантаження і зменшуючи його опір.

5.2.7. Зворотний зв’язок у підсилювачах

В багатьох випадках вторинні параметри підсилювача не

задовольняють поставленим вимогам відносно стабільності підсилення, значень вхідного і вихідного опорів, рівня лінійних і нелінійних спотворень тощо. Поліпшити характеристики й параметри підсилювача можна за допомогою зворотного зв’язку, тобто штучного кола, яким частина сигналу з виходу підсилювача направляється на його вхід, змінюючи режим вхідного кола.

Якщо напруга зворотного зв’язку U_зз пропорційна вихідній напрузі на навантаженні підсилювача, то маємо зворотний зв’язок за напругою (рис.5.16, а), а у випадку пропорційності U _зз струму в навантаженні – зворотний зв'язок за струмом (рис.15.16, б).

Окрім того, можливий змішаний зворотний зв’язок (комбінація зворотного зв’язку за напругою і за струмом).

Рис.5.16. Структурна побудова зворотного зв’язку:

а) за напругою; б) за струмом

Основний показник зворотного зв’язку – коефіцієнт передачі кола зворотного зв’язку , що показує, яка частина напруги з виходу підсилювача передається на його вхід (рис.5.15):

(5.15)

Дія зворотного зв’язку проявляється в зміні значення вхідного сигналу підсилювача:

U_c =U_вх + U_зз = U_вх + U_вих . (5.16)

Якщо – коефіцієнт підсилення підсилювача без зворотного зв’язку, – коефіцієнт підсилення підси-лювача, охопленого зворотним зв’язком, то напруга на виході схеми буде дорівнювати:

(5.17)

Розділивши обидві частини рівняння (5.15) на U_вх, одер-жимо

, (5.18)

де – фактор зворотного зв’язку, що визначає характер зворотного зв’язку і значення коефіцієнта підсилення К_зз;

= А, (5.19)

де А – глибина зворотного зв’язку.

Таким чином, якщо сигнал зворотного зв’язку надходить на вхідпідсилювача в протифазі із вхідним сигналом, то коефіцієнт підсилення підсилювача зменшується в А раз. Такий зворотний зв’язок називають від'ємним зворотним зв’язком. Незважаючи на зменшення підсилення, від’ємний зворотний зв’язок широко використовують у підсилювачах, оскільки з його введенням поліпшується ряд інших параметрів. Так, зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується збільшенням його стабільності, що підвищує стійкість роботи підсилювача.

Зворотний зв’язок, при якому коефіцієнт підсилення підсилювача збільшується, називають додатним зворотним зв’язком. Якщо 1 > К > 0, то відповідно до виразу (5.17) К_зз > К, але має кінцеве значення. При К > 1, коливання на виході підсилювача будуть існувати навіть при відсутності корисного вхідного сигналу, розвиваючись з малих флуктуа-ційних шумових сигналів. Підсилювач самозбуджується, перетворюючись у генератор електричних коливань широкого спектру частот. Це призводить до погіршення характеристик підсилювача, а в деяких випадках – до його самозбудження. Такі зворотні зв’язки називають паразитними.

Запитання для самоперевірки

1. Яким чином здійснюється класифікація підсилювачів електричних сигналів?

2. Які вимоги ставляться до підсилювачів постійного струму?

3. Які основні режими роботи підсилювального каскаду?

4. Яке початкове положення робочої точки у режимі класу А та В?

5. З якою метою використовують диференційні підсилювачі?

6. Які характерні особливості підсилювачів на польових транзисторах?

7. Які особливості підсилювачів в інтегральному виконанні?

8. У яких випадках використовують багатокаскадні підсилювачі?

9. Який вплив чинить на роботу підсилювача зворотній зв’язок (від’ємний та додатній)?

Лекція 6

ОПЕРАЦІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ

6.1. Основні уявлення та визначення

6.2. Інвертуючий підсилювач

6.3. Неінвертуючий підсилювач

6.4. Інтегруючий підсилювач

6.5. Диференціюючий підсилювач

6.6. Компаратор

6.7. Підсилювач змінного струму

6.8. Суматор із багатьма входами

6.9. Масштабний підсилювач

6.10. Логарифмічний підсилювач