МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Цель исследования: изучить многокаскадные усилители.

Задачи исследования: рассмотреть основные характеристики и параметры многокаскадных усилителей.

Методы исследования:

1. Теоретический.
2. Аналитический.

Актуальность: Чаще всего для получения нужной полезной выходной мощности в нагрузке одного каскада недостаточно, поэтому на практике в устройствах промышленной электроники используют многокаскадные усилители.

Для получения высоких значений коэффициентов усиления по мощности, напряжению и току применяют каскадное (последовательное) включение нескольких усилителей, обеспечивающее усиление сигнала (невозможное в одном усилительном каскаде). Многокаскадные усилители - это усилители, образованные в ходе объединения порядком нескольких усилительных каскадов друг с другом при помощи частей связи. Считается, что усилители состоят из нескольких каскадов, при всем этом каждый индивидуальный каскад в составе усилителя выполняет свои назначения. Входное устройство служит для передачи сигнала от начального источника во входную цепь каскада подготовительного усиления. В качестве входного устройства могут быть использованы конденсаторы, резисторы, трансформаторы. Усилители используются в различных областях электроники, например, в звуковых системах, радио и телевизионных передатчиках, медицинской технике и т.д. Благодаря усилителям можно усилить сигнал до необходимого уровня, что позволяет получить более качественный и четкий звук или изображение.

В условиях практики приходится иметь дело с многокаскадными усилителями, так как один каскад обычно не обеспечивает необходимого усиления входного сигнала. При последовательном соединении отдельных каскадов изменяются параметры каждого из них и всего усилителя в целом. При осуществлении многокаскадных усилителей иногда между двумя каскадами, собранными по схеме с общим эмиттером, включают каскад с общим коллектором, который имеет высокое входное и низкое выходное сопротивления.

Каскады бывают однотипными или разнотипными. В настоящее время промышленность освоила выпуск интегральных много­каскадных усилителей различного назначения.

Для получения желаемой полезной выходной мощности в нагрузку недостаточно только одного каскада. Вот почему они используют многокаскадные усилители, собранные из нескольких отдельных каскадов усилителя, соединенных последовательно. В роли датчиков, преобразующих практически любой неэлектрический сигнал в электрический входной сигнал, могут использоваться различные источники ЭДС, например, микрофон, антенна, фотоэлемент, фотодиод, фоторезистор, фотоумножитель, термистор, тензодатчик, тахогенератор, пьезоэлектрический преобразователь, ленточная считывающая головка ленты, биотоки, индуктивные или емкостные датчики давления, смещения, уровня плотности и др.

Наиболее ярким примером многокаскадных усилителей являются операционные усилители (ОУ). Их отличие от усилителей на дискретных элементах заключается главным образом только в способах изготовления отдельных элементов схемы и технологии изготовления полных функциональных блоков.. Однако в большинстве случаев принципиальные схемы интегральных усилителей выглядят гораздо сложнее, чем их дискретные аналоги.. Это связано с тем, что введение в схему усилителя нескольких транзисторов для незначительного улучшения каких-либо его параметров при интегральной технологии не вызывает затруднений и существенно не влияет на его стоимость.

Принципы построения многокаскадных усилительных трактов:

С помощью однотранзисторного каскада обычно не удается обеспечить требуемый коэффициент усиления, требуемые свойства по входному или выходному сопротивлению, предельные значения токов выходного сигнала и необходимых по условиям эксплуатации напряжений.. В этом смысле тракты усиления должны выполняться по многокаскадной схеме, включающей два и более каскада.

Можно выделить следующие типы связи между микросхемами и отдельными усилительными каскадами: гальваническую (непосредственную); емкостную (с помощью RС-цепочек); трансформаторную; с помощью частотно-зависимых цепей; оптронную.

Для сравнительно низкочастотных усилителей чаще всего используют первый и второй тип связи. Третий применяют реже из-за больших габаритов трансформаторов, невозможности их микроминиатюризации, высокой стоимости, сложности изготовления, повышенных нелинейных искажений. Од­нако трансформаторная связь успешно может быть использована при необходимости получить максимальное усиление по мощности. Четвертый тип используют при создании избирательных усилителей, а пятый применяется сравнительно редко, только в специальных случаях, когда при низкой рабочей частоте требуется хорошая гальваническая развязка между каскадами.

Многокаскадные усилители характеризуются следующими особенностями, параметрами и характеристиками. По разным признакам различают:

1) усилители на основе электронных ламповых усилителей, транзисторов, тиристоров, туннельных диодов, микросхем и т.п. ;

2) по количеству каскадов усиления: двух-, трех- и более каскадных усилителей;

3) по частотным свойствам: усилители напряжения, тока низкой частоты (НЧ), высокой частоты (ВЧ), промежуточной частоты (ПЧ), ультразвуковой частоты (УВЧ), узкополосные и широкополосные усилители постоянного тока (УПТ);

4) по типу соединения между каскадами: усилители с RC-соединением, в которых между каскадами используются разделительные конденсаторы; усилители с трансформаторной связью между каскадами; усилители с колебательным контуром связи полосы пропускания между каскадами; усилители с прямой гальваникой механическая связь между каскадами;

5) в зависимости от типа отрицательной обратной связи по напряжению или току, последовательно или параллельно используемой;

6) по режимам работы в классах А, Б, АВ, С, D;

Основными параметрами многокаскадных усилителей являются:

1. Общий коэффициент усиления напряжения

Кu = Uвых / Uвх = Um вых / Um вх ,

где Uвх и Umвх обозначают соответственно действующие и амплитудные значения выходных и входных напряжений усиливаемого сигнала.

2. Коэффициент усиления тока

Кi = Im вых / Im вх = Iвых / Iвх ,

где Iвых - ток в нагрузке, Iвх - ток во входной цепи усилителя.

3. Коэффициент усиления мощности

Кp = Кi * Кu = Рвых / Рвх,

где Рвых - полезная мощность, выделяемая в нагрузке; Рвх полезная мощность, расходуемая во входной цепи усилителя.

4. Если коэффициенты усиления выражены в децибелах, то расчетные формулы имеют следующий вид:

Кu(дб) = 20lgКu; Кi(дБ) = 20lgКi; Кр(дБ) = 10lgКр.

Вывод: при создании статьи мы изучили многокаскадные усилители, рассмотрели основные характеристики и параметры. Исходя из этого мы поняли, что многокаскадные усилители играют важную роль в устройствах промышленной электроники, так как для образования нужной полезной мощности только одного каскада недостаточно.