3.7 Переходная характеристика

Переходной характеристикой (ПХ) называется зависимость мгновенного значения выходного напряжения и_вых(t) усилителя от времени при подаче на его вход скачкообразного перепада напряжения и_вх(t). Переходная характеристика определяет процесс перехода усилителя из одного стационарного состояния в другое, когда входное воздействие скачком изменилось на некоторую величину.

Переходную характеристику h(t) подобно АЧХ обычно строят в относительном масштабе (рисунок 6), откладывая по вертикали отношение выходного напряжения в каждый момент времени t к его значению в установившемся режиме: h(t) = u_вых(t)/U_{вых 0}.

Время, в течение которого фронт нормированной ПХ нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9, называется временем нарастания t_нар. Часто в конце фронта выходного напряжения получается выброс, иногда с последующими затухающими колебаниями на вершине ПХ (рисунок 6). Максимальное превышение мгновенного значения напряжения над установившимся значением обозначается  и выражается в процентах. Спад верхней части нормированной ПХ в заданный момент времени обозначается через . Измеряется в процентах от установившегося значения выходного напряжения.

Р исунок 6

Характер переходного процесса зависит от реактивных и активных элементов усилителя. Препятствуя мгновенному изменению тока (индуктивности) или напряжения (емкости), они обусловливают зависимость выходного напряжения от времени при скачкообразном изменении входного воздействия. В результате этого форма выходного сигнала отличается от формы входного, то есть возникают переходные искажения. Они относятся к разряду линейных искажений, так как вызваны наличием в схеме линейных элементов (L, C).

Переходная характеристика усилителя однозначно определяет его АЧХ и ФЧХ. Она представляет собой лишь иной метод оценки качества усилителя, называемый временным методом.

ПХ, в основном, используют для оценки искажений формы прямоугольных импульсов при их усилении.

3.8 Амплитудная характеристика и динамический диапазон

усилителя

Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называется зависимость установившегося значения выходного напряжения от напряжения, подаваемого на вход усилителя (рисунок 7). Снимают амплитудные характеристики усилителей при синусоидальном входном сигнале для одной из частот, лежащих в диапазоне, где усиление практически не зависит от частоты (средние частоты).

Отношение выходного и входного напряжений равно коэффициенту усиления K. Поэтому амплитудная характеристика, казалось бы, должна быть прямой линией, исходящей из начала координат. Однако в действительности она совпадает с этой прямой только в средней части 2, на участке АВ.

Рисунок 7

Начальный участок 1 АХ отклоняется от прямой из-за наличия на выходе усилителя напряжения собственных помех U_Ш. Верхний загиб АХ обусловлен наступлением перегрузки одного из каскадов усилителя (переход усилительного элемента каскада в режим насыщения), чаще всего оконечного, в результате чего начинается ограничение выходного колебания.

Как видно из рисунка 7, при изменении входного напряжения в пределах от U_{вх 1} до U_{вх 2} усилитель можно считать линейным устройством, для которого существует линейная зависимость между приростами входного и выходного напряжений. Таким образом, АХ дает возможность определить пределы изменения U_вх, для которых усилитель с необходимой точностью можно рассматривать как линейное устройство.

Отношение наибольшего входного напряжения усилителя к наименьшему в пределах линейной части амплитудной характеристики называется динамическим диапазоном D усилителя:

.

Обычно его выражают в децибелах: D, дБ = 20lg .

Доцент кафедры ОТЗИ И. Щудро