В технических требованиях к расчету многокаскадного усилителя обычно задается общий коэффициент усиления, частотные искажения в области верхних и нижних частот, выходное сопротивление источника сигнала, сопротивление и емкость нагрузки. Нагрузкой источника сигнала является комплексное входное сопротивление предварительного усилителя, который, в свою очередь, нагружен на комплексное входное сопротивление промежуточного каскада. Нагрузкой промежуточного каскада является комплексное входное сопротивление оконечного каскада (рисунок 3.1). Следовательно, при расчете усилительных каскадов в области высоких частот (малых времен) необходимо учитывать постоянные времени входных цепей и нагрузочной цепи. В области нижних частот (больших времен) оказывают влияние на нижнюю граничную частоту постоянные времени разделительных и блокировочных цепей.
Рисунок 3.1 – Структурная схема трехкаскадного усилителя с коэффициентами передачи Ku1, Ku2, K u3
Как было отмечено ранее (см. п. 2.2.4) для многокаскадного усилителя коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов. В случае задания коэффициентов усиления каскадов в децибелах [дБ] общий коэффициент усиления определяется их суммой (см. п.п. 2.2.6).
С учетом ослабления сигнала во входной цепи общий коэффициент усиления должен быть больше заданного в ТЗ и определяется выражением
(3.1)
где е - заданное в ТЗ максимальное амплитудное значение входного напряжения источника сигнала в режиме холостого хода;
R - внутреннее сопротивление источника сигнала;
Rвх1- входное сопротивление первого каскада УУ.
Для многокаскадного широкополосного усилительного устройства (ШУ) диапазона ВЧ и импульсного усилителя (ИУ) с временем установления фронта менее 10 наносекунд, как правило, задаются величиной коэффициента передачи на один каскад не более 15 (с учетом отрицательной обратной связи). Тогда число каскадов можно предварительно определить, полагая, что коэффициенты усиления всех каскадов в области средних частот одинаковы, например, К0j [дБ]. В этом случае число каскадов будет равно
(3.2)
Для импульсных усилителей следует учитывать полярность входного, выходного сигналов и способ включения усилительного элемента. При включении транзистора с общим эмиттером (ОЭ) число каскадов должно быть четным при одинаковой полярности входного и выходного сигналов, нечетным- при разной полярности.
3.1.2 Распределение искажений по каскадам
Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициент частотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется выражением
[дБ],
(3.3)
где М - результирующий коэффициент частотных искажений в области ВЧ;
М - коэффициент частотных искажений i-го каскада.
Суммирование в выражении (3.3) производится (n+1) раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной R , R и С (см. рисунок 3.1).
Предварительно распределить искажения можно равномерно, при этом
[дБ],
(3.4)
В последующем, исходя из результатов промежуточных расчетов, возможно перераспределение искажений между каскадами.
Частотные искажения УУ в области нижних частот (НЧ) определяются следующим соотношением
[дБ],
(3.5)
где М - результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ;
М - искажения, приходящиеся на i-й каскад;
Количество цепей в каждом каскаде, вносящих искажения на НЧ, становится известным после окончательного выбора топологии электрической схемы каскада. Обычно это цепи с блокировочными конденсаторами в цепях эмиттеров и разделительными конденсаторами между каскадами. Поэтому распределение искажений в области НЧ проводят на этапе расчета номинальных значений элементов этих цепей. Из соотношения (3.5) следует, что при равномерном распределении низкочастотных искажений по каскадам, их доля (в децибелах) на каждую из N разделительных и блокировочных элементов данного каскада определится из соотношения
[дБ],
(3.6)
где N - число блокировочных и разделительных цепей.
На цепи с разделительными конденсаторами распределяют больше искажений, чем на блокировочные цепи, с целью выравнивания их номиналов.
Для многокаскадных ИУ результирующее время установления фронта равно
,
(3.7)
где - время установления входной цепи;
- время установления для i-го каскада, i=1,... n;
n - число каскадов усилителя.
Если результирующее время установления фронта импульса для ИУ напрямую не задано, то оно может быть определено из следующего соотношения
,
(3.8)
где , - заданные в ТЗ фронты входного и выходного сигналов соотвественно.
Результирующая неравномерность вершины прямоугольного импульса равна сумме неравномерностей, образующихся за счет разделительных и блокировочных цепей
,
(3.9)
где - неравномерность вершины за счет i-й цепи;
N - число цепей.
Искажения фронта импульса связаны с частотными искажениями в области ВЧ, а искажения вершины импульса - с частотными искажениями в области НЧ. Поэтому все указанные выше рекомендации по распределению частотных искажений для ШУ остаются в силе и для ИУ.
В связи с возможным разбросом номиналов элементов и параметров транзисторов необходимо при расчетах обеспечивать запас по основным характеристикам УУ в 1,2 - 1,5 раза.
- заданное в ТЗ максимальное амплитудное значение входного напряжения источника сигнала в режиме холостого хода;
[дБ],
М 
- результирующий коэффициент частотных искажений в области ВЧ;
- коэффициент частотных искажений i-го каскада.
и С 
[дБ],
[дБ],
- результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ;
- искажения, приходящиеся на i-й каскад;
[дБ],
,
- время установления входной цепи;
- время установления для i-го каскада, i=1,... n;
,
, 
- заданные в ТЗ фронты входного и выходного сигналов соотвественно.
,
- неравномерность вершины за счет i-й цепи;