Лекция 7 Многокаскадные усилители

1.

Кафедра Энергетика
Предмет
ЭЛЕКТРОНИКА
Тема лекции
Старший
преподаватель
Сиверская Татьяна
Ивановна
Многокаскадные усилители.
Усилители мощности.

2. Многокаскадные усилители

Усилители, образованные путем соединения между собой с помощью элементов связи нескольких
усилительных каскадов. Как правило, усилители состоят из нескольких каскадов, при этом каждый
отдельный каскад в составе усилителя выполняет свои функции. На рисунке приведена
структурная схема многокаскадного усилителя. Входное устройство служит для передачи сигнала
от источника во входную цепь каскада предварительного усиления.

3.

В качестве входного устройства могут быть использованы конденсаторы, резисторы,
трансформаторы. Так, например, входными устройствами на рисунке «Реальная схема
двухкаскадного усилителя с RC-связью», являются конденсаторы С1 и С2. Конденсатор С1
включают, чтобы исключить прохождение постоянной составляющей тока и напряжения
смещения первого активного элемента в источник сигнала, а также чтобы постоянная
составляющая тока от источника сигнала не поступала на вход активного элемента. Конденсатор
С2 – входное устройство для второго каскада, он осуществляет связь каскадов.

4.

Каскады предварительного усиления служат для усиления тока, напряжения или мощности
сигнала до значения, необходимого для подачи на вход мощного усилителя. Для уменьшения
нелинейных искажений в них почти всегда используется режим А. Транзисторы обычно включают по
схеме с ОЭ.
Усилитель мощности предназначен для отдачи в нагрузку сигнала требуемой мощности и может
состоять из нескольких каскадов. Иногда мощный усилитель называют оконечным. Усилительный
элемент в них может работать как в режиме А, так и В. Транзисторы чаще всего включают по схемам с
ОЭ и с ОБ.
Выходное устройство необходимо для передачи сигнала из выходной цепи последнего усилителя
в нагрузку. В качестве выходного устройства используют трансформаторы, конденсаторы и резисторы.
Трансформаторы служат, например, для согласования выходного сопротивления последнего
усилителя с сопротивлением нагрузки.
Межкаскадные связи служат для передачи сигнала от источника сигнала на вход первого усилителя,
от выхода одного каскада на вход другого и от выходной цепи последнего усилителя на нагрузку,
осуществляя функции разделительных элементов. При этом через них напряжения питания подаются на
зажимы усилительных устройств.
Основные виды межкаскадных связей – гальваническая, резисторная, емкостная,
трансформаторная и дроссельная. Иногда используют комбинации этих связей. Прохождение
постоянной составляющей сигнала обеспечивает только гальваническая связь, поэтому этот вид связи
может быть применен и в усилителях постоянного тока. Остальные виды связей – в любых усилителях.
Гальваническая связь может быть непосредственной и потенциометрической.
Усилительные каскады называют по типу использованной в нем связи: каскад с RC-связью,
трансформаторный каскад и т.д.

5.

Усилители принято делить на классы в зависимости от режима работы активных
элементов, будь то лампы или транзисторы. Считается, что от класса усилителя зависит
качество звука
Усилители класса А
Считаются эталоном качества звука, из-за того, что режим работы выбирается на линейном
участке, это позволяет достичь высокого качества звучания минимальным схемотехническим
решением.
Первый каскад усилителей других классов обязательно работают именно в этом классе, так как
искажения и шум первого каскада усиливаются последующими каскадами. Но именно этот
режим работы выделяет на транзисторе максимальное количество тепла. Как следствие
появляются громоздкие системы охлаждения и большие сложности в создании мощного
усилителя, не считая того, что усилителю надо время на прогрев и большого потребления
электроэнергии.
Усилители класса B
Рабочая точка последнего каскада выбирается в основании вольтамперной характеристики
транзистора, что позволяет снизить нагрев устройства. Недостатком является ступенька, в
области тихих сигналов, из-за чего применялся в низкокачественных портативных устройствах и
был полностью вытеснен классом D.

6.

Усилители класса AB
Точка покоя выбирается чуть дальше от нуля, это позволяет
достичь некоторого баланса между качеством звука и нагревом.
Прочие классы (G или H) так или иначе развивают эту идею. Из-за
относительно простой схемотехники, не особо требовательной к
качеству компонентов, встречается повсеместно — от недорогих
портативных
устройств,
до
концертных
усилителей
и
аудиофильских штучек.
Усилители класса С, H, G
Рабочая точка в усилителях класса C, по сравнению с классом B, еще больше смещена
относительно центра линейного участка ВАХ-транзистора. В звуковых устройствах из-за
слишком больших искажений не используются.
В усилителях H-G классов, по сути, представляющих из себя класс AB, используется
дополнительный источник напряжения, подключаемый прямо на лету к выходному
каскаду. Это позволяет немного повысить КПД.

7.

Усилители класса D
В отличии от других классов, транзистор работает в ключевом режиме — 2 устойчивых
состояниях либо открыт, либо закрыт. Иногда применяют положительную обратную связь для
ускорения смены состояний — немыслимый трюк для других классов, приводящий к
самовозбуждению.
Так как тепло в основном выделяется при переключении из одного состояния в другое,
транзистор очень мало нагревается. Более высоким КПД обладают только режимы E и F, где
переключение транзистора происходит в тот момент, когда через него не проходит ток (за счет
работы в резонансе с нагрузкой). Но для звуковых усилителей такой режим не подходит из-за
слишком больших искажений. Дурную славу эти усилители получили по самым первым
дешевым представителям класса.
На самом деле качество усилителя класса D зависит от типа и частоты модуляции. А уже от
этого зависит сложность схемотехники, необходимое качество компонентов и, соответственно,
цена. Мощные транзисторы, способные работать на большой частоте в ключевом режиме, как и
высококачественные аналогово-цифровые преобразователи (ADC) могут стоить весьма
внушительно.
Простейшие представители класса D основаны на усилении широтно-импульсной модуляции
с частотой ниже 50 кГц. По сути они являются аналоговыми устройствами.