Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

Все цепи усилителя создают напряление тепловых шумов, однако особенно большое влияние оказывают собственные шумы первых усилительных каскадов, так как эти шумы в дальнейшем усиливаются всеми последующими каскадами. Если, например, высшая и низшая рабочие частоты усилителя равны 10 ООО н 100 Гц, а активное сопротивление входной цепи составляет 500 Ом, то напряжение тепловых шумов будет равно

и,, = 0,13 ]/(10 - 0,1) 0,5 0,27 мкВ.

Приведенные вычисления показывают, что величина напряжения тепловых шумов очень мала. Поэтому помехи от тепловых шумов з усилителях сказываются лишь при больших коэффициентах усиления. Напряжение шумов может возникнуть также из-за неравномерности движения носителей электрических зарядов через усилительный элемент. Это явление называют дробовым эффектом. Уровень шумов транзисторов обычно оценивают коэффициентом шума, выражаемым в децибелах и показывающим, на сколько децибел включенный в цепь транзистор повышает уровень шумов по сравнению с тепловыми шумами цепи.

Большое влиягше на общий уровень помех усилителя оказывают пульсации напряжений источников питания, а также наводки со стороны внешних электрических и магнитных полей. Уменьшение этих помех люжет быть достигнуто применением дополнительных сглаживающих фильтров на выходе источников питания и тщательной экранировкой наиболее ответственных цепей усилителя (главным образом входных).

Величина обш,их помех на выходе усилителя должна быть значительно меньше напряжения усиленного сигнала; в противном случае из хаотически изменяющегося напряжения помех нельзя будет выделить полезный сигнал. Обычно считают, что полезный сигнал дол-йсен превышать уровень помех не менее чеМ в 2-3 раза (на 6-10 дБ).

Графическая зависимость амплитуды (или действующего значения) выходного напряжения усилителя от амплитуды (или действующего значения) его входного напряжения на некоторой неизменной частоте сигнала получила название амплитудной характеристики (рис. 11.3). Амплитудная характеристика реального усилителя (сплошная линия на рис. 11.3) не проходит через начало координат, поскольку в реальных усилителях напряжение на выходе при отсутствии входного напряжения определяется уровнем собственных шумов усилителя и помехами. При больших входных напряжениях (t/вх > max) реальная амплитудная характеристика также расходится с идеальной (показанной пунктиром), искривляясь из-за перегрузки усилительных элементов со стороны входа. Таким образом, реальный усилитель может усиливать без заметных искажений напряжения не ниже t/вхтш и не выше t/sxmax (участок АВ на рис. 11.3).

Отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сигналов на входе усилителя называют динамическим диапазоном амплитуд D. Динамический диапазон обычно выражают в децибелах:

Вдв201§;" . (11.11)

*-вх тш



Искажения в усилителях. При усилении электрических сигналов могут возникнуть нелинейные, частотные и фазовые искажения.

Нелинейные искажения представляют собой изменение формы кривой усиливаемых колебаний, вызванное нелинейными свойствами цепи, через которую эти колебания проходят. Основной причиной появления нелинейных искажений в усилителе является нелинейность характеристик усилительных элементов, а также характеристик намагничивания трансформаторов или дросселей с сердечниками.

Появление искажений формы сигнала, вызванных нелинейностью входных характеристик транзистора, иллюстрируется рис. П.4. Пред-


Щх /г in Ogt 1!}ал

Рис. 11,3. Амплитудная характеристика усилителя.


Рис. 11.4. Появление нелинейных искажений сигнала из-за нелинейности входной характеристики транзистора.

положим, что на вход усилителя подан испытательный сигнал синусоидальной формы. Попадая иа нелинейный участок входной характеристики транзистора, этот сигнал вызывает изменения входного тока, форма которого отличается от синусоидальной. В связи с этим и выходной ток, а значит, и выходное напряжение изменят свою форму по сравнению с входным сигналом.

Чем больше нелинейность усилителя, тем сильнее искажается им синусоидальное напряжение, подаваемое на вход. Известно (теорема Фурье), что всякая несинусоидальная периодическая кривая может быть представлена суммой гармонических колебаний основной частоты и высших гармоник. Таким образом, в результате нелинейных искажений на выходе усилителя поябля10тся высшие гармоники, т. е. совершенно новые колебания, которых не было на входе. Степень нелинейных искажений усилителя обычно оценивают величиной коэф-фициента нелинейных искажений (коэффициента гармошж)

\1Л2)

где + - сумма электрических мощностей, выделяе-

мых на нагрузке гармониками, появившимися в результате нелинейного усиления; - электрическая мощеюсть первой гармоники.

В реальных усилительных схемах входной сигнал может иметь различную форму, как правило, отличающуюся от синусоидальной. Однако более удоб1ю исследовать свойства усилителя, предполагая, что иа его вход поступает чисто синусоидальный испытательный сигнал.



в тех случаях, когда сопротивление нагрузки имеет одну и ту же величину для всех гармонических составлягош,их усиленного сигнала, коэффициент нелинейных искажений определяется но формуле

(11.13)

300 200

wo о

а У[

100 1000

Рис. 11.5. Примерный вид амплитудно-частотной характеристики УНЧ.

h U-,

где /i, /3, /3 н т. д. - действуюш,ие (или амплитудные) значения пер-рой, второй, третьей и т. д. гармоник тока на выходе; Ui, U, т. д. - действующие (или амплитудные) значения первой, второй, третьей и т. д. гармоник выходного напряжения.

Коэффициент нелинейных искажений обычно выражают в процентах, поэтому найденное по формулам (11.12) и (11.13) значение

следует умножить на 100. Общая величина нелинейных искажений, возникающих иа выходе усилителя и созданных отдельными каскадами этого усилителя, определяется по приближенной формуле:

/Сг.сбщ = /Сг, + /Сг, + • • + Лг,

(11.14)

где Кг„Кг„ Кг - нелинейные искажения, вносимые каждым каскадом усилителя. Допустимая величина коэ4к)ициента нелинейных искажений всецело зависит от назначения усилителя. В усилителях контрольно-измерительной аппаратуры, например, допустимое значение Кр составляет десятые доли процента.

Частотными называются искажения, обусловленные изменением величины коэффициента усиления на различных частотах. Причиной частотных искажений является присутствие в схеме усилителя реактивных элементов -- конденсаторов, катушек индуктивности, меж-дуэлектродных емкостей усилительных элементов, емкости монтажа и т. д. Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты ие позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот.

Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по его амплитудно-частотной характеристике, представляющей собой зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. В зависимости от типа и назначения усилителя формы частотных характеристик могут быть различными. Для примера на рис. 11.5 показана примерная амплитудно-частотная характеристика УНЧ. При построении амплитудно-частотных характеристик частоту по оси абсцисс удобнее откладывать не в линейном, а в логарифмическом масштабе (для каждой частоты фактически по оси откладывается величина Ig/, а подписывается значение частоты). Если частоту отложить в линейном масштабе, то такая характеристика будет неудобной для пользования, так как все нижние частоты будут очень сжаты у самого



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.001