У багатокаскадних підсилювачах зв'язок між каскадами здійснюється за допомогою конденсаторів, трансформаторів або безпосередньо. Резистивної-ємнісний зв'язок дозволяє найбільш просто здійснити незалежність режимів каскадів по постійному струму, проте через великі ємностей розділових конденсаторів викликає суттєві труднощі реалізація багатокаскадних підсилювачів у вигляді інтегральних мікросхем (ІМС).
Розвиток сучасної мікроелектроніки висунуло необхідність використання безпосереднього зв'язку між каскадами підсилювача, коли колектор транзистора попереднього каскаду з ОЕ гальванически пов'язаний з базою подальшого. Однак в цьому випадку при заземленому емітер транзистори, як правило, виявляються насиченими, так як колекторні резистори визначають режим по постійному струму, як основного, так і подальшого каскадів. Для забезпечення роботи транзистора в режимі класу А в емітерний ланцюга включають резистори Rе.
На рис. 2.1, а приведена схема n -каскадного підсилювача з безпосереднім зв'язком між каскадами. Припустимо, що транзистори всіх n каскадів підсилювача на рис. 2.1 працюють в однаковому режимі, тобто їх колекторні струми спокою Iк01. Iк02. ... Iк0n. що визначають режим класу А. рівні між собою. При зменшенні Rк буде падати КУ по напрузі каскаду, а при збільшенні Rе зростає глибина негативного зворотного зв'язку (ООС), що також призводить до зменшення КУ. Отже, отримати великий КУ в схемі підсилювача (рис. 2.1, а) шляхом введення додаткових каскадів важко, так як КУ кожного наступного каскаду зменшується в порівнянні з КУ попереднього.
Неможливо істотно збільшити КУ, змінюючи режим роботи транзисторів кожного наступного каскаду підсилювача. Дійсно, якщо збільшити струм в кожному наступному каскаді, то, по-перше, число каскадів обмежується допустимим струмом, що протікає через транзистор останнього каскаду, по-друге, за однакової кількості Rе резистори Rк розрізняються між собою сильніше, ніж при однакових струмах транзисторів. При зменшенні струму в кожному наступному каскаді за однакової кількості резисторів Rк число каскадів обмежується мінімальним струмом транзистора останнього каскаду.
Для зменшення глибини ООС і збільшення, таким чином, КУ в емітерний ланцюга каскадів слід включити елемент, опір якого по постійному струму велике, а по змінному - мало. Таким елементом є стабілітрон. при включенні якого необхідно, щоб емітерний струм транзистора змінювався в межах робочого діапазону струмів стабілітрона.
Схема двокаскадного підсилювача з використанням стабілітрона показана на рис. 2.1, б. Хоча КУ окремих каскадів і раніше неоднакові (Rк1 ≠ Rк2), їх відмінність менше, ніж в підсилювачі, зображеному на рис. 2.1, б.
Для отримання великого КУ в багатокаскадного підсилювачі з безпосереднім зв'язком використовують чергуються від каскаду до каскаду транзистори різного типу електропровідності (рис. 2.2). Такий підсилювач називається комплементарним підсилювачем.
Схеми з безпосереднім зв'язком на польових транзисторах будують за таким же принципом, що і схеми на біполярних транзисторах. Узгодження каскадів отримують, виходячи з необхідної амплітуди робочої напруги, виду характеристик польового транзистора і напруги живлення.
У багатокаскадних підсилювачах широко використовуються зворотні зв'язки. за допомогою яких досягаються необхідні технічні параметри. Для отримання ООС в підсилювачі необхідно, щоб сумарний фазовий зсув # 966 ;. внесений підсилювачем і ланцюгом ОС, дорівнював 180 ° у всьому діапазоні робочих частот. У багатокаскадного підсилювачі це вимога зазвичай виконується, строго кажучи, тільки на одній частоті. На інших частотах, особливо на кордонах і за межами смуги робочих частот АЧХ, # 966; ≠ 180 °. Це відбувається за рахунок додаткових фазових зрушень, що вносяться реактивними елементами схеми підсилювача, причому ці зрушення будуть тим більше, чим більше число каскадів охоплено загальної ланцюгом ООС. При додатковому фазовому зсуві 180 °, # 966; = 360 ° (баланс фаз), ООС перетвориться в ПОС, і, якщо BК >> 1 (баланс амплітуд), підсилювач перетвориться в генератор.
Теоретично одно- і двохкаскадний підсилювач з частотно-незалежної ООС стійкий при будь-якій глибині ОС, трехкаскадний - при F ≤ 9, проте практично, з урахуванням запасу по стійкості і можливістю додаткових фазових зрушень, рекомендують брати F ≤ 5 для однокаскадного, F ≤ 4 для дво- і F ≤ 3 для трехкаскадного підсилювача, охопленого загальної ООС. Не рекомендується охоплювати загальної ООС більше трьох каскадів, якщо ж це необхідно, то можливе використання спеціальних коригувальних ланцюгів.
Так як для різних каскадів многокаскадного підсилювача зазвичай застосовують один і той же джерело живлення (рис. 2.3), то через наявність його внутрішнього опору Zп в підсилювачі виникають паразитні (небажані) ОС. Змінна складова струму каскадів (переважно кінцевого) створює на Zп змінну складову # 916; U. яка надходить в ланцюзі харчування попередніх каскадів і тим самим замикає відразу кілька петель паразитних ОС. що може привести до самозбудження.
Найефективнішим і досить простим способом, що виключає складних стабілізованих джерел живлення, є застосування розв'язують (усувають ОС) фільтрів. що складаються з Rф і Сф і включаються послідовно або паралельно джерела живлення (див. рис. 2.3). Номінал резистора Rф визначається необхідним напругою живлення попередніх каскадів, яке, як правило, менше, ніж у кінцевого. Крім ослаблення паразитних ОС, розв'язують фільтри одночасно згладжують пульсації напруги харчування з частотою 50 і 100 Гц, якщо підсилювач живиться від мережевого випрямляча.
Розрахунок многокаскадного підсилювача виробляють, починаючи з кінцевого каскаду до першого. Кінцевий каскад розраховується по забезпеченню необхідної потужності або струму (напруги). Кількість каскадів визначається загальним КУ.
Порядок розрахунку многокаскадного підсилювача розглянемо на прикладі трехкаскадного підсилювача низької частоти (рис. 2.4).
Оскільки вихідний каскад (каскад 3 на рис. 2.4) в багатокаскадного підсилювачі представляє підсилювач потужності, то він є основним споживачем енергії джерел живлення. Він повинен працювати в режимі класу АВ. забезпечуючи високий ККД. Комплементарні транзистори Т5 і Т6 вибираються, виходячи з допустимої потужності розсіювання на колекторі Pкmax. і максимальної амплітуди колекторного струму Iкmax.
Далі вибираються кремнієві діоди VD1 і VD2 з умови I д ≥ (2¸3) Iб0. і джерело живлення Eп. а при необхідності - два різнополярних джерела + Eп1 і -Eп2. Переймаючись нижньої частотою АЧХ fн. знаходиться відповідна ємність розділового конденсатора С4.
Для проміжного каскадаусіленія (каскад 2 на рис. 2.4) вихідними для розрахунку даними будуть вхідні параметри вихідного каскаду. Даний каскад являє собою диференційний КК і для забезпечення необхідного посилення сигналу він повинен працювати в режимі класу B. Виходячи з цього вибираються ідентичні транзистори Т3 і Т4 і ємність розділового конденсатора С3.
Вхідний підсилювальний каскад (каскад 1 на рис. 2.4) також є диференційний каскад. Вибір його обумовлений тим, що його вхідний опір значно більше, ніж опір джерела сигналу, що дозволяє без втрат передати сигнал від джерела на вхід наступного каскаду, а також тим, що такий КК забезпечує високу посилення диференціального вхідного сигналу, прикладеного між входами каскаду, і практично не посилює (при великому значенні R5) синфазний сигнал, однаковий на обох входах. Розрахунок вхідного КК провадиться виходячи з характеристик джерела вхідного сигналу Ег. і характеристик наступного каскаду.
Розробив: доцент кафедри Рл1 Чепурнов І.А.