Особенности реализации частотной характеристики корректирующего усилителя
Основные определения
Любой корректирующий усилитель имеет участки с равномерной частотной характеристикой и участки со спадом или подъёмом этой характеристики (рис. 2). Частоты перегиба fi, где i – порядковый номер, находятся в точках, где характеристика переходит с равномерного участка на наклонный и наоборот. В реальных схемах резко выраженных таких точек нет. Поэтому местоположение точки перегиба определяют там, где частотная характеристика изменилась по отношению к равномерному участку на 3дБ.
В общем случае звено корректирующего усилителя строится из ОУ, охваченного отрицательной обратной связью с частотно зависимыми комплексными сопротивлениями Z1 и Z2 (рис. 3, а). В зависимости от того, какое из сопротивлений, Z2 или Z1, будет иметь емкостную составляющую, частотная характеристика звена будет иметь соответственно спад (рис. 2, а) или подъём (рис. 2, б). В ряде случаев бывает необходимо получать характеристику с несколькими наклонными участками. Например, тон-компенсатор усилителя звуковой частоты имеет подъем в области высоких и низких частот или (что аналогично) спад в области средних частот (рис. 2, в), корректор АЧХ электромагнитного звукоснимателя электрофона имеет ступенчатую спадающую характеристику (рис. 2, г). Характеристику с несколькими наклонными участками можно получить различными способами. Наиболее часто применяют следующие два из них. Первый - составляются сложные элементы Z1 и Z2, дающие соответствующие частотно-зависимые импедансы для получения необходимой частотной характеристики усилителя. Второй - последовательно соединяются несколько звеньев, изображенных на рис. 3,а, каждое из которых формирует наклон частотной характеристики только на определенном (своем) участке, а на других частотах имеет равномерную характеристику. В нашем случае будет использоваться второй способ, который более прост для расчетов и нагляден при анализе, хотя и требует использования дополнительного ОУ. Применяя такой способ, следует учитывать, что общий коэффициент усиления последовательно соединенных звеньев равен произведению их коэффициентов усиления.
Качество работы корректирующего усилителя определяется как формой частотной характеристики, так и минимумом нелинейных искажений на его выходе. Присутствие нелинейных искажений особенно сказывается в усилителях звуковой частоты, где для качественного звучания они должны быть не выше заданной величины. Мерой нелинейных искажений для простых гармонических колебаний является коэффициент нелинейных искажений Кн.и. Он представляет собой отношение эффективных значений гармоник к эффективному значению суммарного выходного сигнала и измеряется в процентах
.
Здесь Аn – амплитуды составляющих с частотами nf, где n – номер гармоники. Результаты измерений нелинейных искажений более или менее соответствуют субъективному восприятию примерно до частот 6 кГц. При более высоких частотах сигнала его гармоники выходят за пределы диапазона слухового восприятия. Согласно требованиям стандарта DIN 45500 нелинейные искажения радиоаппаратуры различного класса качества должны быть не более 1…3%. Пороговые по субъективному восприятию нелинейные искажения зависят от частот и уровня предлагаемых слушателям звуков, но в любом случае они лежат в области ниже 0,1%. Нелинейные искажения простых транзисторных устройств лежат в пределах 0,1-1,0%, а искажения современных качественных устройств на интегральных микросхемах не превышают 0,01%.
Рисунок 2
а б в г д
Рисунок 3