5.4. Схемы межкаскадной связи

Схемы межкаскадной связи служат для передачи сигнала от источника сигнала к первому (входному) УЭ, от первого УЭ ко второму УЭ и т. д. и от последнего (выходного) УЭ к нагрузке, а также для подачи питающих напряжений на электроды УЭ.

Наибольшее применение получили следующие виды межкаскадной связи:

• гальваническая связь;

• резисторно-конденсаторная (резисторно-емкостная) связь;

• трансформаторная связь.

Возможны и другие виды межкаскадной связи, такие, как дроссельная связь, резисторно-трансформаторная связь, но они в настоящее время не имеют практической ценности. Следует отметить, что название каскада определяется видом межкаскадной связи.

Сущность основных видов межкаскадной связи удобно показать на примерах простейших однотактных каскадов.

При гальванической связи в качестве элементов связи используются элементы, обладающие проводимостью не только для быстроизменяющихся, но и для сколь угодно медленно изменяющихся токов и напряжений вплоть до постоянного тока и напряжения (провода, резисторы, диоды, стабилитроны и т.д.). Поэтому каскады с гальванической связью называются каскадами усиления постоянного тока (хотя они усиливают и переменные токи).

Различают непосредственную и резисторную гальванические связи. Сущность непосредственной гальванической связи иллюстрируется приведенными в параграфе 5.2. схемами простейших каскадов на рис.5.4,а,б,в, рис.5.5,а,б,в и рис.5.7,а,б,в. В каждой из этих схем каскадов применена непосредственная гальваническая связь УЭ с источником сигнала и нагрузкой (с помощью только проводов). Суть резисторной гальванической связи будет рассмотрена дальше, в главе, посвященной усилителям постоянного тока, в том числе ОУ.

Большим достоинством схем с гальванической связью является возмож-ность усиления сигналов с , что делает ее незаменимой при построении каскадов усиления постоянного тока. Другими существенными достоинствами схем с гальванической связью являются малые габариты, масса и стоимость, хорошие частотные, фазовые и переходные характеристики, высокая технологичность интегрального исполнения схем.

Среди недостатков гальванической связи следует отметить недостаточно хорошее использование напряжения источника питания, взаимовлияние режимов работы соседних УЭ по питанию, обусловливающее определенные схемотехнические трудности при осуществлении стыковки УЭ друг с другом, с источником сигнала и нагрузкой в многокаскадных УПТ при обязательном условии обеспечения нулевых потенциалов на входе и выходе УПТ в отсутствие сигнала, а также необходимость борьбы с "дрейфом нуля", то есть сравнительно медленными произвольными изменениями начального нулевого напряжения на выходе УПТ, вызываемыми произвольными изменениями постоянных питающих напряжений на электродах УЭ, передающихся от одного УЭ к другому УЭ и к нагрузке УПТ, о чем подробно будет говориться в главе по УПТ и ОУ.

Гальваническая межкаскадная связь, являясь основной в УПТ, широко применяется и в усилителях переменного тока.

При резисторно-конденсаторной связи (или, иначе говоря, резисторно-емкостной связи) в качестве основного элемента связи по сигналу используется конденсатор, но в схему связи входят и резисторы (например, резистор в выходной цепи предшествующего УЭ при связи его со следующим УЭ или внешней нагрузкой и т. д.).

В порядке иллюстрации на рис. 5.17,а,б,в приведены схемы однотактных каскадов на БТ, ПТ и ЭЛ с резисторно-конденсаторной связью УЭ с внешней нагрузкой R_н, полученные из ранее рассмотренных простейших схем с ОЭ, ОБ и ОКат (см. рис. 5.4,а,б,в). При этом связь УЭ с источником сигнала оставлена гальванической (непосредственной).

Конденсатор связи С_р.вых в этих схемах связывает УЭ с внешней нагрузкой по сигналу и одновременно развязывает (разделяет) их по постоянному току и напряжению (по питанию), то есть не пропускает во внешнюю нагрузку постоянные ток и напряжение от УЭ. Чтобы свести к допустимому минимуму возможные потери напряжения сигнала на этом конденсаторе, его емкость выбирается достаточно большой. В схему связи входят и резисторы , ,

Рис. 5.17

, через которые подается постоянное питающее напряжение соответственно на коллектор БТ, сток ПТ и анод ЭЛ от источника питания и которые влияют на результирующее сопротивление нагрузки УЭ по сигналу:

– в схеме рис.5.17,а;

– в схеме рис. 5.17, б;

– в схеме рис. 5.17, в.

Каскад с таким видом связи называется резисторно-конденсаторным каскадом или каскадом с резисторно-конденсаторной связью, а также резисторным каскадом усиления переменного тока, поскольку он может усиливать только переменные токи и напряжения. Этот вид связи очень широко применяется в однотактных, двухтактных и инверсных каскадах усилителей переменного тока.

Достоинством схем с резисторно-конденсаторной связью является простота, малые габариты, масса и стоимость, хорошие частотные, фазовые и переходные характеристики, высокая технологичность интегрального исполнения.

В качестве недостатка схем с резисторно-конденсаторной связью можно отметить лишь недостаточно хорошее использование напряжения источника питания из-за заметных потерь питающего напряжения на резисторах связи , , .

При трансформаторной связи в качестве элемента связи по сигналу используется трансформатор. В порядке иллюстрации на рис.5.18,а,б,в приведены три схемы однотактных каскадов соответственно на БТ, ПТ и ЭЛ с трансформаторной связью УЭ с внешней нагрузкой , полученные из простейших схем с ОЭ, ОБ и ОКат, приведенных на рис.5.4,а,б,в (при этом связь УЭ с источником сигнала оставлена непосредственной).

Каскад с трансформаторной связью называется трансформаторным каскадом.

Трансформатор, связывая УЭ с внешней нагрузкой по сигналу, одновременно развязывает (разделяет) их по постоянному току и напряжению, то есть не пропускает во вторичную обмотку постоянные ток и напряжение от УЭ. Поэтому трансформаторный каскад является каскадом усиления переменного тока.

Трансформатор характеризуется рядом параметров, среди которых главнейшими являются коэффициент трансформации , равный отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной

Рис. 5.18

обмотки , и КПД трансформатора , равный отношению мощности сигнала , отдаваемой трансформатором в нагрузку , к мощности сигнала , подводимой ко входу трансформатора от УЭ: нагрузкой УЭ по сигналу здесь является входное сопротивление трансформатора .

Очень важными достоинствами схем с трансформаторной связью являются:

• лучшее чем при гальванической и резисторно-конденсаторной связи использование напряжения источника питания , вследствие небольших потерь питающего напряжения на малом сопротивлении витков первичной обмотки трансформатора, через которую подается питание на УЭ от источника питания;

– возможность обеспечения (путем выбора "n") оптимального сопротивления нагрузки усилительному элементу по сигналу, при котором УЭ отдает наибольшую мощность при наименьших нелинейных искажениях , чего нет в схемах с гальванической и резисторно-конденсторной связью.

Отмеченные достоинства особенно важны в выходных каскадах мощных усилителей звуковых частот.

К этому следует добавить, что при использовании трансформатора на входе усилителя можно путем выбора " n " обеспечить согласование по входу усилителя , при котором получается наибольший коэффициент передачи по мощности входной цепи усилителя. Согласование по входу требуется также в случаях, когда источником сигнала является линия.

И, наконец, с помощью входного и выходного трансформаторов усилителя можно в случае необходимости без особого труда обеспечить симметричный вход и симметричный выход усилителя, что требуется при работе от симметричного источника сигнала (линии) и на симметричную нагрузку (линию).

К недостаткам трансформаторной связи можно отнести:

• большие по сравнению с бестрансформаторными схемами габариты, масса и стоимость, а также нетехнологичность трансформатора с точки зрения интегральной схемотехники;

• худшие по сравнению с бестрансформаторными схемами частотные, фазовые и переходные характеристики;

• дополнительные нелинейные искажения, вносимые трансформатором из-за нелинейности кривой намагничивания материала сердечника трансформатора.

Следует отметить, что в последнее время в маломощных устройствах бестрансформаторные схемы, особенно в интегральном исполнении, в значительной степени потеснили трансформаторные. Однако в ряде случаев альтернативы им нет, например, в мощных усилителях звуковой частоты (трансляционных, модуляционных) как на выходе, так и на входе усилителей. Используются они и в сравнительно маломощных схемах в дискретном и в интегральном исполнении (в последнем случае трансформатор применяется в качестве "навесного" узла).