Расчет многокаскадного усилителя. Как правило, усилительные устройства являются многокаскадными, так как с помощью одного каскада обычно не удается обеспечить необходимое усиление. Основное усиление по напряжению обеспечивается в каскадах предварительного усиления. Из них обычно выделяют входной каскад, схема которого зависит от требований по сопряжению с источником сигнала, допустимому дрейфу нуля и т.п. Спецификой выходного каскада является обеспечение заданной мощности или амплитуды выходного сигнала, ограничения по допустимому уровню искажений, работа на низкоомную нагрузку и т.д. Предоконечный каскад также может иметь специфические особенности, связанные с условием работы выходного каскада, например, с требованием обеспечить на его входе значительную мощность сигнала.
При построении широкополосных усилителей на биполярных транзисторах основное внимание уделяют их частотным свойствам, позволяющим при заданном коэффициенте усиления одного каскада в области средних частот обеспечить требуемую верхнюю граничную частоту, а, следовательно, и площадь усилителя одного каскада . 1.1 Если многокаскадный усилитель с верхней граничной частотой содержит одинаковых каскадов, а искажения на верхних частотах распределены между каскадами равномерно, то связь между и устанавливается соотношением , 1.2 где - функция, учитывающая уменьшение с ростом числа каскадов.
Если отдельные однотипные каскады развязаны между собой по постоянному току, что приводит к искажения в области нижних частот, то нижняя граничная частота одного каскада связана с всего усилителя соотношением . 1.3 Общий коэффициент усиления N-каскадного усилителя с учетом 1.1 и 1.2 . 1.4 Максимальная площадь усиления дифференциального каскада или каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе может быть оценена по формуле , 1.5 где высокочастотный параметр определяется паспортными параметрами транзистора.
Если заданы и, то, используя выражение 1.4 и ориентируясь на максимальную площадь усилителя, можно оценить необходимое количество каскадов усилителя, подобрав, удовлетворяющее условию . 1.6 Полутора кратный запас по усилению учитывает, в частности, потери сигнала во входной цепи усилителя.
Коэффициент следует брать - для простейших резистивных каскадов - для случая применения во всех каскадах высокочастотной коррекции. Последнее позволяет ослабить требования к частотным свойствам транзистора и обеспечить необходимый коэффициент усиления и заданную полосу пропускания меньшим числом каскадов.
В импульсных усилителях основное внимание уделяется переходным искажениям, в частности, времени установления усилителя. Для усилителя из однотипных каскадов связано с требуемым временем установления каждого из каскадов соотношением . 1.7 Формула 1.7 справедлива, если величина относительного выброса на один каскад не превышает критического. Поскольку усилитель обычно содержит один или несколько одинаковых предварительных каскадов, а также выходной каскад и входную цепь с временем установления соответственно и, то общее время установления. Величина общего относительного скалывания и времени запаздывания N-каскадного усилителя определяется соответствующими параметрами каждого каскада и оценивается по формуле . 1.8