Построение многокаскадных усилителей

Усиленное одним каскадом напряжение может быть подано на следующий каскад для дальнейшего усиления и т. д. В результате получается многокаскадный усили­тель. Выходное напряжение предыдущего каскада яв­ляется входным напряжением последующего. Общий коэффициент усиления k равен произведению коэффи­циентов усиления отдельных каскадов.

При построении мнотокаскадных усилителей прихо­дится учитывать влияние каскадов друг на друга. Сеточ­ное сопротивление R_c для переменного тока оказывается включенным параллельно сопротивлению анодной на­грузки предыдущей ступени усиления. Связь осуществ ляется через переходный конденсатор С и внутреннее сопротивление источника питания. В результате умень­шается общее сопротивление нагрузки лампы для пере­менного тока. Из этих соображений следует выбирать величину сопротивления R_c в 5—10 раз большую, чем величина предыдущего каскада.

Частотные искажения в каскаде усиления

На высоких звуковых частотах эти искажения вызы­ваются емкостью, включенной параллельно анодной на­грузке лампы. Эта емкость слагается из емкости между анодом и катодом рассматриваемой лампы С_ак, емко­сти монтажа С_м и входной емкости С_вх следующего кас­када:

С_вх=С_ск+Сс_а(1

где С_с„ — емкость сетка — катод;

С_са — емкость сетка — анод;

k — коэффициент усиления следующего каскада.

Если учесть, что для переменного тока плюсовый и минусовый провода анодного источника практически соединены между собой (через конденсатор фильтра), то можно проследить, каким образом суммарная ем­кость С₀ —С_ак+С_м+С вх оказывается подключенной па- раллельно сопротивлению R_a.

С возрастанием частоты уменьшается сопротивление емкости С₀, а значит, и общее сопротивление нагрузки. Это приводит к снижению коэффициента усиления кас­када на высоких частотах — возникают частотные иска­жения.

Чем больше сопротивление R_a, тем сильнее сказы­вается шунтирующее влияние паразитных емкостей, и тем уже полоса усиливаемых частот. С уменьшением величины сопротивления R_a влияние емкости С₀ ослабляется, полоса частот становится шире, но уменьшается кЪэффициент усиления. Поэтому, выбирая сопротивление нагрузки, следует учитывать требуемую полосу частот. Практически можно считать, что при анодной нагрузке на коэффициент усиления и полосу усиливаемых ча­стот.

Ослабление низких частот происходит из-за влияния переходного конденсатора С, который вместе с сеточным сопротивлением следующего каскада образует делитель напряжения. С понижением частоты возрастает сопро­тивление переходного конденсатора и все большая часть образованного на нагрузке лампы выходного напряже­ния теряется на нем. В результате этого к следующему каскаду поступает меньшее напряжение.

Расчет резистивного усилительного каскада

Этот несложный расчет выполняется с помощью се­мейства анодных характеристик лампы. Определяются все данные, необходимые для практического построения каскада: анодный ток и напряжение, сопротивление в це­пи катода, коэффициент усиления и коэффициент нели­нейных искажений. Имея некоторый навык, можно про­извести весь расчет за несколько минут.. Особенно по­лезно умение рассчитать каскад теоретически в случае отсутствия измерительных приборов.

В этом разделе сначала объясняется с числовыми примерами принцип расчета, а затем дается необходи­мая последовательность для его практического выпол­нения.

Семейство анодных характеристик лампы представляет собой графическое изображение зависимости анодного тока от анодного напряжения прн различных сеточных иаприжениях.

Итак, с увеличением анодного тока падает напряже­ние на аноде лампы. Зависимость анодного напряжения от анодного тока при заданном сопротивлении нагрузки можно выразить графически. Для этого используем се­мейство анодных характеристик лампы. Метод графи­ческого построения удобно разобрать на конкретных чис­лах. Возьмем для примера семейство анодных харак­теристик триода.

На горизонтальной оси отложено анодное напряже­ние в вольтах, на вертикальной—анодный ток в мил­лиамперах. Предположим, что напряжение источника анодного питания U_uСт = 250 в, а сопротивление нагруз­ки лампы R_a = 50 ком.

С помощью нагрузочной прямой можно определить режим работы лампы при известном сеточном напря­жении. Анодная характеристика выражает зависимость меж­ду анодным напряжением и анодным током при опреде­ленном ..сеточном напряжения. Нагрузочная .прямая по­казывает связь между анодным напряжением и анодным током при определенном сопротивлении нагрузки. Если известны одновременно и сеточное напряжение и сопро­тивление нагрузки, то точка, определяющая .режим ра­боты, должна находиться на обеих линиях, т. е. в месте пересечения нагрузочной прямой с анодной характери­стикой для данного сеточного напряжения. Таким обра­зом определяется анодный ток лампы, анодное на­пряжение, а значит, и напряжение на нагрузке.

Выходное напряжение представляет собой перемен­ную составляющую анодного напряжения, которая равна переменной составляющей напряжения на на­грузке.

Рассматривая графики напряжений, можно сделать два вывода:

1. Выходное напряжение сдвинуто по фазе на 180° относительно входного. Следовательно, каскад не толь­ко усиливает входное напряжение, но и изменяет его фазу. В дальнейшем это свойство используется при по строении усилителей с двухтактным выходным каска­дом, а также при введении отрицательной обратной связи.
2. Выходное напряжение оказалось не чисто сину­соидальным.