Искажения сигналов в усилителях.
Лекция 9.
Основные параметры и характеристики усилителя:
1. Rвх=U1/I1. – входное сопротивление.
На низких частотах – активное. Зависит от частоты.
На высоких частотах – комплексное.
2. Rвых=U2xx/I2кз. (хх-холостой ход, кз-короткое замыкание).
3. К – коэффициент усиления, во сколько раз выходной сигнал больше входного.
а) Кu=U2m/U1m – по напряжению.
б) KI=I2m/I1m – по току.
в) Kp=P2/P1 – по мощности.
Коэффициент усиления – величина безразмерная, иногда его выражают в относительных логарифмических единицах, которые называют децибелами.
При воздействии на усилитель гармонического сигнала, его коэффициент усиления оказывается частотно-зависимым и аналитически выражается комплексной функцией коэффициента передачи, которая называется частотной характеристикой.
U1->
U2->
- комплексный коэффициент передачи.
4. Зависимость коэффициента передачи от частоты – частотная характеристика.
АЧХ: K(jw)= (0<w<¥)= *ej(j2-j1)=K(jw)*ej(j2-j1)
ФЧХ: j(jw)=j2-j1(0<w<¥)
Графики усилителя:
Идеальный усилитель должен иметь коэффициент усиления К0 на всем диапазоне частот, в реальном же усилителе коэффициент меняется.
ФЧХ говорит о том, что на низких частотах фазовый сдвиг положителен, а на высоких частотах происходит запаздывание (т.е. отрицателен).
Амплитудная характеристика усилителя.
Uвых=f(Uвх.м);
Амплитудная характеристика.
1.Отличия в области малых амплитуд входного сигнала состоят в том, что при отсутствии входного сигнала на выходе имеется некоторый сигнал. Он возникает из-за наличия электромагнитных наводок и собственных шумов на вход усилителя
2.В области больших амплитуд отличия связаны с нелинейностью ВАХ активных элементов.
Из ВАХ вытекают основные параметры определяемые по амплитудной характеристике:
а. - динамический диапазон усилителя. Чем больше D, тем он качественнее.
Б.Чувствительность. Различают две чувствительности:
1.)Номинальная – величина входного сигнала, при котором на выходе обеспечивается номинальная мощность.
2).Пороговая – минимальный входной сигнал, при котором выходной сигнал однозначно определяется над уровнем шумов усилителя.
Пороговую чувствительность определяют, когда:
Искажения сигналов в усилителях.
Для идеального линейного усилителя форма входного и выходного сигналов должны совпадать. В реальных усилителях этого не происходит. Всякое отклонение формы сигнала на выходе от формы его на входе есть искажение создаваемое усилителем.
Искажения бывают:
1.Линейное;
2.Нелинейное.
Нелинейное искажение – это изменения формы сигнала на выходе, которые возникаютза счет нелинейности ВАХ активных металлов. Количественно нелинейные искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений (КНИ).
Линейное искажение бывает двух видов:
а. Частотное;
б. Фазовое;
Частотное искажение связано с наличием в схеме усилителя реактивных элементов и возникающих за счет неодинакового усиления различных гармонических составляющих.
Фазовое искажение возникает за счет неодинакового фазового сдвига различных гармонических составляющих. Причина этого - наличие реактивных элементов в схеме усилителя.
КПД усилителя.
КПД играет существенную роль в усилителях мощности.
;
Классификация усилителей.
Классификация усилителей может быть произведена по различным признакам:
1.По полосе пропускания и абсолютному значению усиливаемых частот усилители делятся на усилители постоянного тока и усилители переменного тока. Усилители переменного тока в свою очередь делятся на усилители низких частот, широкополосные усилители и на избирательные усилители.
а. Усилители постоянного тока – способны усиливать как переменные, так и постоянные составляющие сигнала. У них fн=0;
б. Усилители переменного тока – способны усиливать только переменные составляющие сигнала. Fн>0.
в. Усилители низких частот – усилители звуковой частоты - fн»50 Гц,fв»20 кГц;
г. Избирательные усилители предназначены для усиления электрических сигналов в относительно узком диапазоне частот. Для них
2.По характеру входного сигнала:
а. Усилители непрерывных сигналов;
б. Усилители импульсных сигналов.
3.По виду используемых активных элементов:
а. Ламповые;
б. На биполярных транзисторах;
в. На полевых транзисторах;
г. На туннельных диодах;
д. Параметрические элементы. В них активным элементом является индуктивность и емкость, они могут усиливать электрический сигнал.
4. По числу усилительных каскадов:
Под усилительным каскадом понимают совокупность элементов способных усиливать электрические сигналы.
а. Однокаскадные;
б. Многокаскадные.
5. По виду связи между каскадами:
а. Усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами:
б. Связь между усилителями осуществляющаяся через RC-элемент:
в. Усилители с трансформаторной связью:
Трансформаторная связь обеспечивает гальваническую развязку между каскадами.
г. Усилители с оптоэлектронной связью:
Обеспечивает гальваническую развязку между каскадами и в то же время обеспечивает полную передачу сигнала от одного каскада к другому по переменной и постоянной составляющей.
Многокаскадные усилители.
Одиночный усилительный каскад имеет небольшой коэффициент усиления (10-100).
Для получения больших значений коэффициента усиления применяют многокаскадные усилители:
Многокаскадные усилители представляют собой каскадное соединение усиленных каскадов.
- комплексный коэффициент передачи i-го каскада.
Подсчитаем общий комплексный коэффициент передачи i-го каскада:
Полоса пропускания многокаскадного усилителя составленного из N одинаковых каскадов, всегда меньше однокаскадного, и определяется выражением: