2.1.9. Многокаскадные усилители

Рассмотренные выше однокаскадные усилители имеют, как правило, коэффициент усиления порядка нескольких десятков или сотен единиц. Однако, в реальных устройствах промышленной электроники требуются гораздо большее усиление входного сигнала. В этих случаях используются многокаскадные усилители.

Блок-схема усилительного устройства приведена на рис. 2.14

Усилитель напряжения может состоять из нескольких каскадов, обеспечивающих необходимый коэффициент усиления устройства.

Результирующий коэффициент усиления усилителя равен произведению коэффициента усиления всех каскадов:

Кu = Кu₁ Кu₂  Кu_n

Рис. 2.14 Блок-схема многокаскадного усилительного устройства.

Соединение каскадов осуществляется с помощью резисторов, конденсаторов и трансформаторов. В зависимости от способа связи различают:

1. Усилители с резистивно-емкостной (RC связью, цепь связи которых состоит из резисторов и конденсаторов;

2. Если связь осуществляется только с помощью резисторов (гальваническая связь), усилители называются УПТ – усилителями постоянного тока;

3. Усилители с трансформаторной связью. Применяются сравнительно редко. (см. например, усилители мощности рис.2.12 и 2.13);

4. Если в устройстве связи используется LC – контур, имеем избирательный усилитель.

Для примера на рис.2.14 представлена Rc связь между усилителями, например, УОЭ1 и УОЭ2 (где C₂ – емкость связи, в качестве сопротивления связи R выступает входное сопротивления УОЭ2). Величина емкости связи С₂ существенно влияет на АЧХ всего усилителя (рис.2.15).

Рис. 2.15 АЧХ многокаскадного усилителя

Рассмотрим влияние емкости С₂ на амплитудно-частотную характеристику усилителя. Для электрической цепи межкаскадной связи можно записать уравнение U_ВЫХ2 = U_ВХ3 + U_С2, представляющее собой 2-ой закон Кирхгофа. Так как выходное напряжение U_ВЫХ2 второго каскада определяется характеристиками этого УОЭ1 и не зависит от С₂, то для цепи межкаскадной RC-связи оно постоянно U_ВЫХ2 =const. Пусть величина емкости С₂ возрастает, сопротивление Х_С = I/ωC₂, падает по закону Ома U_C2 также уменьшается, последнее приводит к увеличению U_ВХ3 и общего коэффициента усиления К_u. Это отражается условной диаграммой:

С₂ ↑→ Х_C ↓→ U_C2 ↓→ U_{ВХ к3} ↑→ К_u ↑.

Так как увеличение С₂ существенно влияет на изменение Х_с на низких частотах, то увеличение коэффициента усиления будут наблюдаться в низкочастотной области амплитудно-частотной характеристики усилителя (см. рис 2.15). При уменьшении С₂ коэффициент усиления К_u на низких частотах падает.

На нулевой частоте X _Cp → ∞ и связь между каскадами отсутствует.

На средних частотах сопротивление емкости X_С мало и практически не влияет на U_ВХ3 УОЭ2, а коэффициент усиление всего усилителя, не зависит от частоты.

На высоких частотах усилительные свойства каскадов ухудшаются и величина Ku падает.