3.1.7Собственные помехи
Усилитель передает на выход не только усиленный полезный сигнал, но и нежелательные колебания, возникающие внутри него и поэтому называемые собственными помехами. Основными из них являются фон, наводки и шумы, а в усилителях постоянного тока – еще и дрейф нуля.
Фон – это колебание с частотой питающей сети или кратной ей. Обычно оно попадает в усилитель по цепям питания из-за недостаточного сглаживания пульсаций выпрямителя питающего напряжения. В ламповых усилителях дополнительным источником фона являются цепи накала катодов, если они питаются переменным током.
Наводками называются помехи, наводимые на цепи усилителя электрическими и магнитными полями. Источниками этих полей могут быть сетевой трансформатор блока питания, его соединительные провода, провода электросети или какие-либо электроустановки. Для количественной оценки фона и наводок используют отношение их напряжений на выходе усилителя к выходному гармоническому напряжению, соответствующему номинальной выходной мощности. Для качественных усилителей напряжение фона составляет –60 … -70 дБ.
Собственные шумы усилителя представляют собой флуктуационные колебания, обусловленные хаотическим движением свободных носителей заряда (электронов и дырок) во всех электропроводящих материалах, их которых сделаны детали усилителя. Шумы возникают на микроскопическом уровне строения материалов и поэтому очень слабые. Но, будучи усиленным многокаскадным усилителем, они могут оказаться соизмеримыми с уровнем полезного сигнала. В отличие от фона и наводок полностью устранить собственные шумы усилителя принципиально невозможно. Количественная оценка шумовых свойств усилителей будет дана в гл.13.
Дрейфом нуля называют медленные изменения выходного напряжения усилителя из-за нестабильности напряжения питания и характеристик транзисторов. Дрейф в основном проявляется в усилителях постоянного тока. Количественно его оценивают напряжением или током дрейфа, пересчитанным ко входу. Так же оценивают иногда и уровень фона.
3.1.8Амплитудная характеристика и динамический диапазон
А
мплитудной
характеристикой (АХ)
усилителя называется зависимость
амплитудного или действующего значения
выходного напряжения от входного
синусоидального напряжения (рис 1.3).
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, на участке
АВ.
Начальный участок АХ отклоняется от прямой из-за наличия на выходе усилителя напряжения собственных помех UП.
Верхний загиб АХ обусловлен наступлением перегрузки одного из каскадов усилителя, чаще всего оконечного, в результате чего начинается ограничение выходного колебания. Дело в том, что любой каскад в состоянии пропустить переменное напряжение с амплитудой не превышающей некоторого значения. Использование верхнего криволинейного участка характеристики приводит к нелинейным искажением.
Динамическим диапазоном D усилителя называется отношение наибольшего выходного (или входного) напряжения усилителя к наименьшему в пределах линейной части амплитудной характеристики:
D =Uвых2/Uвых1= Uвх2/Uвх1. (1.5)
Обычно он выражается в децибелах D,дБ = 20 lg D и составляет 40…60 дБ. Амплитуда колебания, представляющего реальный (например, речевой) усиливаемый сигнал, непрерывно изменяется от минимального до максимального значения, отношение которых называется динамическим диапазоном сигнала Dс = Uс max / Uc min. Так, для радиовещательных речевых сигналов Dс ≈ 40 дБ, для симфонического оркестра Dс≈70дБ. Чтобы усилитель мог воспроизвести на выходе все изменения уровня входного сигнала, надо обеспечить D ≥ Dс.