2. Каскады и цепи с емкостной связью

Если усилительный тракт не является усилителем постоянного тока, то в нем может быть использована емкостная межкаскадная связь. При ней в роли элемента межкаскадной связи выступает разделительный конденсатор. Конденсатор разделяет каскады на постоянном токе, объединяя их по переменной (сигнальной) составляющей. В результате такого разделения обеспечивается взаимная независимость режимов работы каскадов на постоянном токе. Благодаря этому в многокаскадном тракте исключается влияние нестабильности и неопределенности режимов работы каскадов друг на друга.

Часто в широкополосных трактах на разделительные емкостно-резистивные цепи возлагают решение задачи дополнительной фильтрации сигнала с целью уменьшения в нем доли нежелательных низкочастотных составляющих. При этом АЧХ тракта проектируют как ФВЧ со значением параметров разделительных цепей, обеспечивающих требуемое значение нижней границы полосы пропускания f_н.

К недостаткам емкостной межкаскадной связи относится то, что в усилителях сигналов относительно невысоких частот, в том числе и в усилителях звуковых сигналов, во избежание существенных частотных искажений в области низких частот требуется применять конденсаторы большой емкости. Это часто делает невозможным исполнение усилителя в виде малогабаритной конструкции или микросхемы. Применение емкостной межкаскадной связи не позволяет обеспечить повышения стабильности режимов работы тракта на постоянном токе за счет охвата тракта в целом соответствующей петлей ООС.

Трактам с резистивно-емкостными цепями и блокировочными конденсаторами также присущ нежелательный эффект последействия (памяти). Этот эффект обусловлен процессами перезарядки конденсаторов при воздействии на них сигналов с изменяющимися по уровню текущими средними значениями. Например, таких сигналов, как последовательность кодовых комбинаций, организованных как совокупность однополярных импульсных сигналов. Среднее значение таких однополярных импульсных последовательностей претерпевает в ходе передачи данных существенные изменения. Результаты указанных процессов перезарядки накладываются на текущие сигнальные изменения, поэтому значения сигнала на выходе определяются не только текущими сигнальными значениями, но и характером сигнальных изменений в предшествующие моменты времени.

Проявление эффекта последействия особенно нежелательно в усилительных трактах импульсных информационно-измерительных систем. В таких трактах из-за проявления указанного эффекта оказывается невозможной надежная регистрация и выделение малых сигнальных изменений после воздействия на усилительный тракт сигнала большого уровня. Нежелательный эффект последействия может усугубиться в результате проявления в тракте нелинейных эффектов, при которых постоянные времени перезарядки конденсаторов С_р и С_б оказываются различными на этапах возрастания и убывания текущих сигнальных изменений.

3. Трансформаторная межкаскадная связь

Соединение двух участков сигнальной цепи с помощью трансформатора называется трансформаторной межкаскадной связью. К достоинствам связи этого вида следует отнести то, что при ее применении выбором коэффициента трансформации можно обеспечить оптимальную нагрузку для усилительного прибора и тем самым реализовать возможность получения предельных значений усиления или сигнальной мощности, отдаваемой в нагрузку. В связи с этим трансформаторное подключение нагрузки к выходной цепи транзистора используется в усилителях мощности.

Пример схемного построения с трансформаторной межкаскадной связью изображен на рисунке 5. Схема имеет типовое построение на постоянном токе, при этом токозадающий потенциал на базу выходного транзистора вводится через вторичную обмотку трансформатора.

Рисунок 5. Пример трансформаторной межкаскадной связи

Часто в аналоговых трактах требуется создать два противофазных, но равных по уровню сигнальных источника (два парафазных сигнала). Схема, формирующая такие сигналы, называется фазоинвертором. В роли фазоинвертора может быть применен трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки.

В аудиотехнике трансформатор часто применяется на входе помехозащищенной аппаратуры для организации так называемого симметричного сигнального входа. Благодаря входному трансформатору с незаземленной первичной обмоткой оба подводящих сигнальных провода находятся в одинаковых условиях, в результате внешние помехи на зажимах этой обмотки создают одинаковые взаимно компенсирующие напряжения, не вызывая протекания дополнительных токов через трансформатор.

Законы суммирования искажений в многозвенной линейной цепи

Синтез схемы многокаскадного усилительного тракта осуществляют на основе покаскадного проектирования. Процедура проектирования предполагает выбор схемных конфигураций каскадов, а также обоснование (расчет) значения элементов, входящих в схему каскада. Исходным пунктом при этих расчетах обычно является уровень допустимых частотно-переходных искажений в проектируемом каскаде или его части. В связи с этим важную роль играют законы суммирования этих искажений в многозвенной линейной цепи. С помощью этих законов можно осуществить как вычисление искажений для тракта в целом по искажениям в его отдельных звеньях, так и осуществить распределение общих допустимых искажений между отдельными звеньями.

Нормированная АЧХ М_, определяющая относительные изменения передаточных свойств в частотной области, для многозвенного тракта определяется как произведение НАЧХ его отдельных звеньев, т. е.

М_ = М₁ М₂ … М_j… М_n, (1)

где М_j – НАЧХ j-го звена многозвенного тракта, состоящего из n последовательно включенных звеньев. При этом М_j = 1 – _j, где _j – спад НАЧХ на данной частоте, т. е. отклонение НАЧХ от единичного значения на этой частоте.

Из (1) следует

1 – _ = (1 – ₁) (1 – ₂) …(1 – _j)… (1 – _n). (2)

В пределах рабочей частотной области спады НАЧХ имеют значения существенно меньшие единицы (_j << 1). На этом основании может быть представлено удобное для практического применения приближенное соотношение

_ = ₁ + ₂ +…+ _j+…+ _n, (3)

т. е. приближенно можно считать, что в пределах рабочей области тракта спад его НАЧХ в целом равен сумме спадов НАЧХ в его отдельных звеньях.

Фазовый сдвиг, вносимый усилительным трактом в целом, равен сумме фазовых сдвигов, возникающих в его отдельных звеньях:

_ = ₁ + ₂ +…+ _j+…+ _n.

В практике проектирования оценку частотно переходных искажений осуществляют с помощью следующих приближенных соотношений:

t_нар = ; (4)

t_нар = 0,35 / f_в; (5)

; (6)

_ = ₁ + ₂ + …+₁ +…+ _n; (7)

 = 2  f_н t_и; (8)

f_н = f_н1 + f_н2 +… + f_нj + … + f_нn, (9)

где t_нар, t_нарj – время нарастания фронта для тракта в целом и j-го звена в n звенном тракте; f_в, f_в– верхние границы полосы пропускания, оцениваемые по уровню 0,7 (–3 дБ), для тракта в целом и его отдельного звена;  - спад вершины прямоугольного импульса в конце его длительности t_и; f_н, f_н – нижние границы полосы пропускания, оцениваемые по уровню 0,7 (–3 дБ), для тракта в целом и его отдельного звена.