Многокаскадные силители
1.
В большинстве случаев одиночные каскады не обеспечивают необходимое силение и заданные параметры силителей. Поэтому силители, которые применяют в аппаратуре связи и измерительной технике, многокаскадные. При анализе и расчете многокаскадного силителя необходимо определить общий коэффициент силения усилителя, искажения, вносимые им, распределять их по каскадам, определить требование к источникам, решить вопросы введения обратных связей и т.д.
2. КОЭФФИЦИЕНТ СИЛЕНИЯ МНОГОКАСКАДНОГО СИЛИТЕЛЯ
 |
рис.1
Коэффициент силения силителя можно определить, исходя из структурной схемы (рис.1):
Кобщ <= Uвых3/U2)(U2/Uвх)=KnKn-ЕK2K1 или
Kобщ = K1K2ЕKn
где K1,Е, Kn - коэффициенты силения каскадов,
Таким образом, для многокаскадного силителя общий коэффициент силения равен произведению коэффициентов силения каждого каскада. Суммарный фазовый сдвиг,
вносимый силителем, равен сумме фазовых сдвигов каждого каскада. Сквозной коэффициент силения Kобщ = где Kобщ[дб] = K1[дб] + Е + Kn[дб] /p>
В аппаратуре связи для компенсации потери мощности на отдельных частках (затухания) необходимо, чтобы силитель работала на согласованную нагрузку, т.е. его входное сопротивление должно быть равно сопротивлению источника (выходного сопротивления предыдущего тракта аппаратуры или линии), выходное сопротивление должно равняться сопротивлению нагрузки. Для согласования силителей по входу и выходу используют синлители с обратной связью и согласующие трансформаторы. Отклонение от согласования в рабочей полосе частот оценивается коэфнфициентом отражения
При использовании согласующих трансформаторов пересчитанное сопротивление нагрузки в первичную обмотку RТ1=Rн На рис.2, имеем: U2=U1/n;
I2=I1n2, тогда Rн=U2/I2 = (U1/I1)n2
или
RТ1
= U1/I1=Rнn2=Rг. Отсюда с четом потерь в трансформаторе коэффициент трансформации:
где
 |
Применение входного и выходного трансформаторов позволяет достаточно просто осуществить переход с симметричной схемы на несимметричную (рис.2, б).
рис. 2
3. СУММИРОВАНИЕ ИСКАЖЕНИЙ В МНОГОКАСКАДНОМ СИЛИТЕЛЕ
Коэффициент частотных искажений Mобщ определяется как отношение модуля коэффициента силения на средней частоте к мо/a>дулю коэффициента силения на рассматриваемой частоте, т. е.
Mобщ = K0общ011( Следовательно, общий коэффициент частотных искажений многокаскадного силителя равен произведению коэффициентов частотных искажений каждого каскада. Mобщ=М1М2ЕМn C четом коэффициента передачи входной и выходной цепей Мобщ=МвхМ1М2ЕMnMвых Yобщ=Y1Y2ЕYn Для коэффициента частотных искажений и относительного коэффициента силения силителя в логарифмических единицах Mобщ[дб]=M1[дб]+M2[дб]+Е+Mn[дб] Yобщ[дб]=Y1[дб]+Y2[дб]+Е+Yn[дб]
Заданные частотные искажения между каскадами распределяют таким образом, чтобы получить наименьшую стоимость и габаритные размеры усилителя. Наибольшие частотные искажения дают трансформаторные силительные каскады. Поэтому на нижней частоте в трансформаторном каскаде коэффициент искажений бенрут в 2...3 раза выше, чем в обычном резисторном каскаде. Для меньшения размеров переходных конденсаторов при низкой гранничной частоте диапазона можно применять низкочастотную корнрекцию. На верхней граничной частоте диапазона звуковых частот частотные искажения могут значительно проявляться только в трансформаторных каскадах, которые можно меньшить соответнствующим выбором параметров трансформатора (уменьшением индуктивности рассеяния и межвитковой емкости). В широкопонлосных силителях для получения возможно большего силения в каждый каскад следует вводить высокочастотную коррекцию. В силителях импульсных сигналов искажения общей переходной характеристики можно определить по искажениям переходных характеристик отдельных каскадов. Общее время нарастания
Соответственно отностиельный коэффициент силения
а
Выброс вершины
Спад плоской вершины
Dи0 общ = Dи вх + Dи1 + Е+ Dиn
Время установления импульса в силителях из п каскадов, котонрые не имеют выбросов, можно определить по формуле tуст общ tуст
Равномерное распределение частотных искажений на высшей рабочей частоте или времени становления между отдельными канскадами широкополосного силителя дает возможность получить наиболее стабильные параметры силителя, но не является наиболее экономичным. Наибольший экономический эффект можно получить при взаимной коррекции каскадов, т. е. когда искаженния по каскадам распределяются неравномерно. Недостаток взанимной коррекции каскадов в том, что при изменении параметров силительных элементов и компонентов, входящих в каскады, чанстотные искажения на верхних частотах и время становления изнменяются сильнее, чем у усилителя с одинаковыми каскадами.
4. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
 |
Коэффициент нелинейных искажений многокаскадного силинтеля в основном определяется последним каскадом, так как амплинтуда сигнала на входе оконечного каскада наибольшая. Приближенно коэффициент нелинейных искажений многокаскадного силителя можно оценить суммированием отдельных коэффициентов гармоник каскадов
где
5. ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА МНОГОКАСКАДНЫХ СИЛИТЕЛЕЙ
В общем случае собственные помехи или шумы силителей опнределяются несколькими факторами, из которых основные: фон, наводки, шумы 'микрофонного эффекта и тепловые шумы. В многонкаскадных силителях происходит суммирование шумов, причем наибольшее значение имеют шумы входной цепи и первых каскандов, которые усиливаются последующими каскадами. В правильнно сконструированном силителе путем рационального располонжения и крепления элементов, фильтрации цепей питания, экраннирования входных цепей или всего силителя и т. д. фон, наводнки и микрофонный эффект можно сделать сколь годно мальши. Поэтому собственные шумы силителей в основном определяются тепловыми шумами. Как было показано в гл. 12, собственные шунмы силителя оцениваются с помощью коэффициента шума Кш, равного отношению мощности шума на выходе силителя к мощнности теплового шума, создаваемого на выходе источником сигннала,
Kш=Рш общ выхш ист вых= Рш общ выхшKр, где Кр - коэффициент силения силителя по мощности. Коэффинциент шума многокаскадного силителя определяется как
Кш общ = К ш вх + (Кш1-1)р вх + (Кш2-1)р вх Кр1 + Е,
где Кр вх и Kp1Ч коэффициенты передачи и силения по мощности входного стройства и первого каскада силителя соответствео. Коэффициент шума входной цепи Кшвх учитывают для малоншумящих силителей, если в качестве входной цепи применен трансформатор или фидер. В этом случае Кшвх=1рвх.
Для меньшения мощности шума на выходе усилителя желантельно иметь максимальный коэффициент силения по мощности, что можно достичь путем согласования входной и выходной цепей силителя. Такое согласование в некоторых типах силителей, осонбенно в силителях проводной связи, достигается с помощью входных и выходных трансформаторов. Снижение шума на выходе синлителя достигается также применением малошумящих силительнных элементов на входе и специальными мерами, позволяющими повысить отношение между полезным сигналом и шумом, т.е. применением противошумовой коррекции.
6. ВЫВОДЫ
Коэффициент силения и коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов силения и коэффициентов частотных искажений каждого каскада.
Нелинейные искажения многокаскадного силителя в основном определяются нелинейностью силительного элемента оконечного каскада.
Коэффициент шума многокаскадного силителя в основном определяется шумами входной цепи и первого каскада. Для меньшения шума на выходе силителя необходимо иметь максимальный коэффициент силения по мощности, т.е. силитель должен быть согласован по входу и выходу.