 |
|
Характеристики и параметры усилителей
Основными характеристиками усилителей являются следующие.
1. Амплитудно – частотная характеристика (АЧХ) или просто частотная характеристика - зависимость модуля коэффициента усиления усилителя от частоты.
2. Фазо – частотная характеристика (ФЧХ) - зависимость угла сдвига фаз между выходным и входным сигналом усилителя от частоты.
3. Амплитудная характеристика (АХ) – зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала усилителя для фиксированного значения частоты.
Идеальная АХ должна быть прямой, проходящей через начало координат под углом наклона, определяемым коэффициентом усиления усилителя на данной частоте.
У реального усилителя характеристика имеет изгиб и пересекает ось ординат в точке UВЫХ= UШ, определяющейся напряжением собственных (внутренних) шумов усилителя (рис. 2.3). Эта часть АХ усилителя не используется, то есть, усилитель не используется для усиления сигналов, амплитуды которых соизмеримы со значением шума. Следует заметить, что внутренние (собственные) шумы характерны для любой электронной схемы.
Нелинейный участок в начале амплитудной характеристики показывает, что усиливаемый сигнал здесь не различим на фоне внутренних шумов усилителя.
Линейная часть АХ является рабочим участком усилителя. Линейное усиление обеспечивается при сравнительно небольших амплитудах входных сигналов.
Изгиб в верхней части характеристики показывает, что при большой амплитуде входного сигнала появляются искажения формы выходного напряжения (нелинейные искажения). Причина его появления – потеря усилительных свойств активного элемента при больших входных сигналах.
Отношение максимальной амплитуды к минимальной амплитуде входного сигнала, когда еще не наблюдаются искажения, называется динамическим диапазоном усилителя. Величина динамического диапазона усилителя обычно задается в децибелах
ДДБ = 20 lg (UВХ max / UВХ min).
При выходе за пределы динамического диапазона в структуре выходного сигнала усилителя наблюдаются нелинейные искажения.
В идеальном усилителе выходной сигнал совпадает по форме с входным сигналом. Идеальный усилитель должен иметь равномерную АЧХ и линейную ФЧХ в пределах рабочей полосы частот (рис.2.4).
В реальных усилителях обеспечить такой вид характеристик не представляется возможным. Всякое отклонение формы выходного сигнала от входного называется искажениями, вносимыми усилителем. С точки зрения спектрального анализа усилитель не вносит искажений, если одновременно выполняются условия:
а) в спектре выходного сигнала не появились новые спектральные составляющие по сравнению со спектром входного сигнала;
б) относительные значения амплитуд отдельных гармонических составляющих выходного и входного сигналов одинаковы;
в) фазовые сдвиги отдельных гармонических составляющих выходных и входных сигналов одинаковы.
В соответствии с этим различают три вида искажений, вносимых усилителем: нелинейные, частотные и фазовые.
Нелинейными искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное появлением новых гармонических составляющих.
Нелинейные искажения связаны с появлением в спектре выходного сигнала новых, кратных частоте входного сигнала, гармонических составляющих. Возникающие высшие гармоники сигнала могут исказить как сам сигнал, так и попасть в спектр других сигналов и исказить их.
Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник 
, представляющим собой отношение действующего значения появившихся в выходной цепи усилителя гармоник тока (напряжения) высшего порядка к току (напряжению) основной частоты. При этом считается, что на вход усилителя подается чисто гармоническое колебание.
.
В общем случае для усилителей допускается коэффициент гармоник 1 - 5%. Современные высококачественные усилители звука имеют коэффициент гармоник менее 1%.
Частотными искажениями называются изменения формы выходного сигнала, вызванные изменением относительных значений амплитуд спектральных составляющих. Частотные искажения связаны с неравномерностью АЧХ усилителя. Следует заметить, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления любых транзисторов, а, следовательно, и усилительных каскадов, выполненных на их основе, уменьшается.
Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений, представляющим отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на данной частоте
.
Фазовыми искажениями называются изменения формы выходного сигнала, вызванные неодинаковым сдвигом во времени (по фазе) отдельных гармонических составляющих.
Фазовые искажения, связанные с неравномерностью ФЧХ, проявляются в неодинаковом сдвиге по времени отдельных гармонических составляющих и приводят к искажению формы выходного напряжения.
4. Одним из важных параметров усилителя является чувствительность: напряжение сигнала на входе, при котором выходная мощность сигнала является номинальной. К параметрам усилителей также относят номинальные входные и выходные величины сигналов.
5. При использовании каскада для усиления мощности необходимо учитывать параметры предельно допустимых режимов работы транзистора. Таких параметров три: допустимая мощность рассеяния на транзисторе РК доп =UКЭ IК; допустимые значения коллекторного тока Iк доп и допустимые значения напряжения коллектор-эмиттер UKЭ доп . Превышение предельно допустимых значений в процессе работы приводит к выходу транзистора и усилительного каскада из строя.
6. Кроме электрических параметров каждый усилитель имеет ряд конструктивно-экономических показателей: габариты, масса, вес и др.