Характеристики усилителей

Характеристики преобразования показывают, как преобразуется входной сигнал в зависимости от параметров усилителя.

Характеристики и параметры усилителей взаимосвязаны: по характеристикам можно определить параметры, а по параметрам можно прогнозировать характеристики.

Основные характеристики:

1. Амплитудная характеристика (АХ) – зависимость амплитудного значения напряжения первой гармоники выходного напряжения от амплитуды синусоидального входного напряжения.

На графике т.1 соответствует напряжению шумов (U_Ш) на выходе (измеряется при U_вх=0).

т.2 соответствует минимальному входному напряжению ( ) при котором на выходе усилителя можно различить сигнал на фоне шумов ( ). Обычно

Участок 2÷3 – рабочий участок.

Т.3 ( ) – максимально значение , при котором не претерпевает искажений (нелинейных).

2. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала .

Коэффициент частотных искажений на низшей частоте (М_Н) и высшей частоте (М_В).

- средняя частота между и .

- как правило используется эта формула для получения .

Наиболее часто задают М_Н= М_В=1,41= . В этом случае уменьшается на и на 3дБ.

– полоса пропускания (рабочий диапазон частот, диапазон пропускаемых частот).

Неравномерность АЧХ (δ%) – максимальное отклонение коэффициента усиления в полосе пропускания .

- max или min значение коэффициента усиления.

Частотные искажения при усилении негармонических сигналов приводят к искажениям их формы.

3. Фазочастотная характеристика (ФЧХ) – зависимость угла сдвига фазы между выходным и входным напряжением от частоты , что приводит к фазовым искажениям.

Эти искажения вызваны неодинаковым сдвигом по фазе отдельных гармонических составляющих спектра сигнала сложной формы (причина – реактивные компоненты и инерционные свойства активных приборов).

Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются по его фазочастотной характеристике.

Фазовые искажения в усилителе отсутствуют, когда фазовый сдвиг линейно зависит от частоты (пунктирная линия). В других случаях (сплошная линия ФЧХ) форма выходного сигнала будет отличаться от входной.

4. Переходная характеристика (ПХ) – зависимость от времени выходного напряжения усилителя, на вход которого подан мгновенный скачок напряжения.

Эта характеристика даёт возможность определить переходные искажения, которые в области малых времён характеризуются фронтом выходного напряжения и оцениваются временем установления t_у и выбросом δ.

t_З – время задержки;

t_у – время установления (передний фронт).

В области больших времён искажается вершина импульса. Эти искажения оцениваются относительным значением спада плоской части вершины к моменту окончания импульса.

Искажения в усилителях.

При усилении электрических сигналов могут возникнуть частотные, фазовые, переходные искажения, а также нелинейные.

Искажением усиливаемого сигнала называют изменение его формы, вызванное несовпадением реальных и идеальных характеристик усилителя.

Искажения могут быть линейными (динамическими) и нелинейными (статическими).

Линейные искажения зависят только от частоты и бывают частотные, фазовые, переходные. Они оцениваются с помощью АЧХ, ФЧХ, и ПХ.

Нелинейные искажения возникают в усилителе из-за нелинейности динамических характеристик и зависят только от амплитуды (от частоты не зависят).

Пример появления нелинейных искажений входного сигнала U_вх.с(t) из-за нелинейности входной характеристики транзистора I_вх=f₁(U_вх).

Искаженный сигнал: I_вых=f₂(t).

Чем больше нелинейность передаточной характеристики усилителя, тем сильнее искажается синусоидальный сигнал, подаваемый на его вход. Искажения также возрастают с увеличением амплитуды входного сигнала.

Известно (теорема Фурье), что всякая несинусоидальная периодическая кривая может быть представлена суммой гармонических колебаний основной частоты и высших гармоник.

Нелинейные искажения порождают в выходном сигнале усилителя совершенно новые гармонические составляющие, которых не было во входном сигнале.

Количественно нелинейные искажения оценивают или коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник .