Межкаскадные связи в усилителях
няться многокаскадные усилители. В этом случае между каскадами, а также между входом усилителя и источником сигнала или же между выходом усилителя и нагрузкой могут существовать следующие виды межкаскадных связей.
1) Резисторно-ёмкостная связь.
Резисторно-ёмкостная связь является наиболее широко распространённой в усилителях переменного напряжения.
2) Трансформаторная связь.
Трансформаторная связь позволяет осуществить оптимальное согласование между каскадами
путём подбора коэффициента трансформации трансформатора.
- Сравнительно большие габариты и вес трансформаторов.
- Большие частотные искажения, так как сопротивления обмоток трансформатора зависят от частоты XL = ω ∙ L, поэтому трансформаторная связь применяется на низких частотах и в узком диапазоне.
3) Гальваническая (непосредственная) связь.
Гальваническая связь применяется в УПТ.
Эквивалентная схема усилительного каскада с резисторно — ёмкостными
Rб – это Rб′ и Rб″, включённые параллельно, т. к. Rб′ через малое сопротивление Eк можно
считать подключённым на корпус (общий провод).
где Свх.сл. – это ёмкость следующего каскада, а См – ёмкость монтажа.
Анализ эквивалентной схемы на низких, средних и высоких частотах.
Проанализируем эквивалентную схему на низких, средних и высоких частотах. На низких ча-
стотах ёмкостное сопротивление параллельно включённых Cк и Cо будет иметь очень большую величину и на работу схемы влиять не будет. Сэ имеет большую величину, следовательно, ёмкостное сопротивление её будет очень мало. Уже на низких частотах эта ёмкость шунтирует сопротивление Rэ и, значит, на низкой частоте схема усилительного каскада будет иметь вид, изображённый на рисунке:
Разделительные конденсаторы включены последовательно. На НЧ сопротивление их будет ве-
лико, что приводит к уменьшению коэффициента усиления.
На средних частотах сопротивление разделительных конденсаторов уменьшается до такой ве-
личины, что их влияние можно не учитывать. А сопротивление ёмкостей Ск и Co уменьшают-
ся не на столько, чтобы оказывать шунтирующее действие, и поэтому их на средних частотах
их также можно не учитывать, поэтому на средних частотах эквивалентная схема будет иметь
вид, изображённый на рисунке:
Так как на Ср.Ч ни барьерная ёмкость коллекторного
перехода Ск, ни Со не оказывают влияние на работу усилителя, то коэффициент усиления на
средних частотах будет наибольшим.
На ВЧ разделительные конденсаторы имеют очень малое сопротивление и, так как они вклю-
чены последовательно, они не оказывают влияние на работу схемы усилителя, а ёмкости Ск и
Co, включённые в параллель, шунтируют коллекторный переход транзистора и выход усили-
теля своим малым сопротивлением, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Эк-
вивалентная схема усилителя на высокой частоте изображена на рисунке:
Влияние изменение частоты на коэффициент усиления усилителя показано на рисунке:
Расчёт каскада с общим эмиттером по постоянному и переменному току.
| R1 |
| R2 |
| Rэ’ |
| Rэ” |
| Rн |
| Rк |
| +U |
| C1 |
| C2 |
| Cэ |
| Rг |
| + — |
Расчёт может осуществляться либо слева направо, либо справа налево. Слева направо.
По постоянному току:
По переменному току:
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Виды связей между каскадами
Схемы межкаскадных связей в усилителях служат для передачи энергии: от источника сигнала на вход усилителя; от предыдущего каскада к последующему; от оконечного каскада в нагрузку.
Схемы межкаскадных связей должны обладать минимальными или допустимыми частотными и фазовыми искажениями, а также минимальными потерями. Эти схемы одновременно могут служить для подачи напряжения от источника питания на электроды усилительных элементов, а также для придания определенных свойств усилительным каскадам или всему усилителю в целом.
Схемы межкаскадных связей входных и выходных цепей могут служить для перехода с симметричной цепи на несимметричную цепь и наоборот. Так, например, проводная линия связи является симметричной по отношению к земле цепью, а усилитель является несимметричной цепью.
Получение симметричного напряжения также необходимо для возбуждения двухтактных каскадов, которые содержат два усилительных элемента, работающих в противофазе на общую нагрузку.
На практике наиболее часто используются следующие виды межкаскадной связи: дроссельно-емкостная связь, трансформаторная связь, резисторно-емкостная связь и непосредственная. Название усилительного каскада определяется использованной в нем схемой межкаскадной связи, то есть цепью, которая соединяет выход одного усилительного элемента с входом другого.
ДРОССЕЛЬНО-ЕМКОСТНАЯ СВЯЗЬ
| Рисунок 5.1 – Схема каскада с дроссельно-емкостной связью | Упрощенная схема такой связи показана на рисунке 5.1. В дроссельном каскаде в качестве сопротивления, включенного в выходную цепь усилительного элемента, ставят дроссель. Разделительный конденсатор Ср передает переменную составляющую на следующий каскад и не пропускает постоянную составляющую. Дроссельная связь может использоваться при пониженном напряжении источника питания вследствие малого сопротивления дросселя постоянному току. |
Данный каскад имеет высокий КПД, а его коэффициент усиления немного выше, чем у резисторных каскадов. В настоящее время дроссельные каскады используют редко, так как они имеют неширокую полосу пропускания, большие габаритные размеры и высокую стоимость.
ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СВЯЗЬ
В трансформаторных каскадах для связи каскадов между собой используют трансформатор, первичную обмотку которого включают в выходную цепь усилительного элемента, а вторичную — в цепь управляющего электрода (рисунок 5.2).
| Переменная составляющая выходного транзистора, проходя через первичную обмотку, создает на ней падение напряжения сигнала, которое трансформируется во вторичную обмотку и подается на вход следующего каскада. Достоинства трансформаторной связи: возможность получения более высокого коэффициента усиления, чем при использовании резисторной связи; обеспечение симметрии выхода; согласование каскада с нагрузкой по сопротивлениям и шумам; возможность работы при пониженном напряжении источника питания, так как падение напряжения постоянной составляющей обусловлено только наличием активного сопротивления первичной обмотки трансформатора. |  Рисунок 5.2 – Схема каскада с трансформаторной связью |
 Рисунок 5.2 – Схема каскада с трансформаторной связью |
Недостатки трансформаторной связи: дороговизна и большие габаритные размеры каскадов, необходимость защиты от внешних магнитных полей, а также ухудшение частотно-фазовой характеристики, обусловленное реактивными составляющими трансформатора, как на низких, так и на высоких частотах. Трансформаторную связь используют в мощных усилительных каскадах при сравнительно неширокой полосе усиливаемых частот и во входных и выходных цепях усилителей аппаратуры многоканальной связи. В некоторых случаях применяют резисторно — трансформаторную связь, построенную по комбинированной схеме (рисунок 5.3). |
Напряжение питания на усилительный элемент подается через резистор Rэ.
Связь между каскадами осуществляется через трансформатор, в первичную обмотку которого включен разделительный конденсатор СР2, не пропускающий постоянную составляющую.
В резисторно — трансформаторном каскаде через обмотку трансформатора не протекает постоянная составляющая коллекторного тока, которая вызывает намагничивание трансформатора. Благодаря этому магнитопровод трансформатора может быть взят меньшего сечения.
Такой каскад позволяет получить подъем частотной характеристики на нижних частотах, что невозможно в резисторном или трансформаторном каскаде.
Данную схему широко используют при работе каскада с общим коллектором на симметричную нагрузку, так как при включении первичной обмотки трансформатора в эмиттерную цепь невозможно осуществить стабилизацию точки покоя из-за малого сопротивления первичной обмотки. Полоса усиливаемых частот, размеры, стоимость и масса — такого же порядка, как и у трансформаторного каскада, усиление же несколько меньше.
Схемы межкаскадных связей
Обычно усилители — многокаскадные, так как один каскад не обеспечивает требуемого коэффициента усиления.
Простейший вид межкаскадной связи непосредственная связь (или гальваническая, рис.5-12).
Её достоинство — предельная простота, широкополос-ность, возможность передачи постоянных напряжений.
Её недостаток — передача медленных изменений, т.е. сказывается нестабильность питающих напряжений, которая усиливается следующим каскадом; непосредственная связь используется в УПТ, в интегральных микросхемах.
Резистивно-емкостная связь: через резистор R.2 и конденсатор С2 (рис.5-13).
Конденсаторы С2 и Сз разделяют по постоянному току один каскад от другого, благодаря чему режим транзистора Т2 не зависит от режима транзистора Т і.
рис. 5-13
Схема проста, широкополосная. Каскад с резистором R2 в цепи выходного электрода называется резисторным. Недостаток — наличие габаритных конденсаторов С2, что является ограничением в применении для интегральных микросхем.
Дроссельно-конденсаторная связь. Вместо резистора R2 устанавливается дроссель. Полоса частот значительно сужается из-за наличия собственной ёмкости дросселя И снижения сопротивления дросселя XLdp =C0 ‘Ldp на низких частотах.
Достоинство — высокий КПД каскада.
Недостаток — узкая полоса, большие габариты, чувствительность к магнитным наводкам. Большая масса и размеры усилителя.
Трансформаторная связь (рис.5-14).
Резистор Ri задает смещение на Т2; конденсатор С і -для связи по переменному току с эмиттером Т2 . Трансформатор обеспечивает развязку каскадов по постоянному току.
В.А.Галочкин «Схемотехнка аналоговых и цифровых устройств»
рис.5-14
Выбором коэффициента трансформации обеспечивается оптимальная (по мощности или по напряжению) нагрузка транзистора Т і.
Трансформаторный каскад имеет хороший КПД. Недостатки — большие размеры, масса, неширокая полоса пропускания, высокая чувствительность к наводкам магнитных полей. Большие фазовые сдвиги на ВЧ.
Динамические и нагрузочные характеристики
Динамическая характеристика — связь между мгновенными значениями тока и напряжения при наличии нагрузки Rh-
По ней выбирают рабочую точку, определяют выходную мощность Рвых, КПД, нелинейные искажения.
Для схемы (рис.5-15) постоянное напряжение на коллекторе U =Е -i R — это формула нагрузочной
характеристики или линии нагрузки для постоянного тока.
рис.5-15
Линия нагрузки по постоянному току представлена на рис.5-16 — это линия ВС, с точками Епит/Rk и Епит по осям координат.
Угол наклона её tgcp = (-1/Rk). Однако проще строить её по указанным точкам В и С.
Задавая смещение, устанавливают рабочую точку А на прямой ВС. Её координаты:
I к (р.т.) и U к (р.т.)
Для переменной составляющей линия нагрузки будет
другой. Так как сопротивление разделительного конденсасоставляющей коллекторного тока сопротивления Rk и Rh соединены параллельно и составляют
тора Ср. выбирается Хс =
0, то для переменной
RnTpaH3. Rk II Rh
При мгновенном изменении Аік напряжение на коллекторе уменьшится на величину
MJ = -& R КЭ КН ТРАНЗ.
— это уравнение нагрузки для переменного тока. Угол её наклона:
С помощью линий нагрузок определяют рабочую точку, ikmax, UkmaxH т.д. Если Rh чисто активное, то линия нагрузки — прямая В’С’.
Межкаскадные связи в усилителях
Цепи межкаскадных связей в усилителях служат для передачи энергии от источника сигнала на вход усилителя, от предыдущего каскада к последующему, от оконечного усилителя в нагрузку.
Схемы межкаскадных связей должны обладать минимальными или допустимыми частотными или фазовыми искажениями и минимальными потерями. Эти схемы одновременно могут служить для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также для придания определенных свойств усилительным каскадам или всего усилителя в целом. Схемы межкаскадных связей входных и выходных цепей могут служить для перехода с симметричной цепи на несимметричную, и наоборот. Так, например, проводная линия связи является симметричной по отношению к земле цепью, а усилитель — несимметричной. Получение симметричного напряжения также необходимо для возбуждения двухтактных каскадов, работающих в противофазе на общую нагрузку, т.е. цепи связи также обеспечивается переход от однотактных каскадов к двухтактным.
Различают четыре основных вида схем межкаскадных связей: гальваническую (непосредственную), резисторно-емкостную (емкостную), трансформаторную и дроссель-емкостную.