11. Параметры усилителей: Амплитудная характеристика

А мплитудной характеристикой называется зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения от амплитуды входного гармонического напряжения (рис. 1.14).

На практике вместо амплитуд удобнее пользоваться действующими значениями входного и выходного напряжений. Как видно из рис. 1.14, линейная часть амплитудной характеристики ограничена величиной напряжений Umin и Umax. Напряжение Umin соответствует уровню собственных шумов усилителя. Напряжение Umax определяется допустимым уровнем нелинейности активных элементов, используемых в усилителе. Наклоном линейной части характеристики определяется коэффициент усиления усилителя

С амплитудной характеристикой неразрывно связано понятие динамического диапазона усилителя D, под которым понимают отношение максимального напряжения U1max на входе усилителя к минимальному U1min:

Выражение динамического диапазона в логарифмическом масштабе имеет вид

Понятие динамического диапазона применимо не только к усилителю, но и к самому сигналу:

Для усиления сигналов без искажений динамический диапазон усилителя должен быть больше или хотя бы равен динамическому диапазону сигнала:

12. Параметры усилителей: Нелинейные искажения

Нелинейные искажения проявляются на выходе усилителя в виде изменения формы усиливаемого сигнала. Возникают нелинейные искажения из-за нелинейности вольт-амперных характеристик усилительных элементов. Кроме усилительных элементов источниками нелинейных искажений могут являться трансформаторы или катушки индуктивности с магнитными сердечниками. Величина нелинейных искажений зависит от уровня сигнала, приложенного к нелинейному элементу.

Количественно уровень нелинейных искажений усилителей гармонических сигналов оценивается с помощью коэффициента гармоник или коэффициента нелинейных искажений k_Г:

где U_2,2f , U_2,3f , U_2,nf – напряжения второй, третьей, n-й гармоник на выходе усилителя;

U_2,f – напряжение первой гармоники на выходе усилителя.

13. Параметры усилителей: Потребляемая мощность и коэффициент полезного действия

Обычно для питания усилителя могут использоваться несколько источников. Так, например, в мощных усилителях (от нескольких ват и выше) каскады предварительного усиления и каскады усиления мощности, как правило, питаются от разных источников. При определении потребляемой усилителем мощности учитывают мощность, потребляемую от всех источников питания. Величина полезной мощности в нагрузке существенно влияет на величину потребляемой мощности, поэтому последняя измеряется в режиме, когда усилитель отдает в нагрузку выходную мощность, равную расчетной.

Коэффициент полезного действия показывает, какая часть потребляемой от источника питания мощности превращается в полезную мощность на выходе усилителя. Он определяется как отношение полезной мощности в нагрузке к мощности, потребляемой от источника питания:

14. Четырехполюсники, их параметры и эквивалентные схемы

А ЭУ, используемые в технике передачи и обработки информации, всегда выступают в роли функционального звена, связывающего источник сигнала (генератор) и нагрузку. Подобные устройства получили названия четырехполюсников в связи с тем, что они характеризуются наличием двух пар зажимов (рис. 2.1), одна из которых предназначена для связи с источником сигнала, вторая - для связи с нагрузкой.

Различают линейные и нелинейные четырехполюсники, четырехполюсники пассивные и активные. Согласно определению, данному в первом разделе, усилители могут представляться как активные четырехполюсники с управляемыми источниками. При этом, смотря по тому, в каком режиме работает усилительный элемент, усилитель может рассматриваться как линейный или как нелинейный четырехполюсник.

Свойства четырехполюсника как устройства для передачи сигнала полностью определяются соотношениями между напряжениями на его внешних зажимах и токами, которые проходят через эти зажимы. Соотношения, связывающие комплексные амплитуды напряжений и токов на двух парах зажимов четырехполюсника, называются уравнениями передачи четырехполюсника.

В усилительной технике наибольшее распространение получили системы уравнений (2.1), называемые соответственно Y-, Z-, H- и К-системами параметров четырехполюсника. Коэффициенты уравнений (2.1) называются параметрами четырехполюсника и определяются исключительно его схемой и значениями элементов и не зависят от внешних цепей, включенных на входе и выходе четырехполюсника.

Каждый из параметров можно определить, создавая на входе или на выходе четырехполюсника такой режим, при котором один из членов в правой части уравнений (2.1) превращается в ноль. Так, если в четырехполюснике, описываемом системой Y-параметров, обеспечить режим короткого замыкания на его выходе, при котором U₂ равно нулю, то

- входная проводимость четырехполюсника, измеренная в режиме короткого замыкания на его выходе (U₂ = 0);

- проводимость прямой передачи, измеренная в режиме корот-

кого замыкания на его выходе (U₂ = 0).

Для определения параметров Y₁₂ и Y₂₂ необходимо обеспечить режим короткого замыкания на входе четырехполюсника:

- проводимость обратной передачи, измеренная в режиме короткого замыкания на его входе (U₁ = 0);

- выходная проводимость четырехполюсника, измеренная в режиме короткого замыкания на его входе (U₁ = 0).

Для системы H-параметров таким же образом получим

- входное сопротивление, измеренное в режиме короткого замыкания на выходе (U₂ = 0);

- коэффициент обратной передачи, измеренный в режиме холостого хода на входе (I₁ = 0);

- коэффициент прямой передачи по току, измеренный в режиме короткого замыкания на выходе (U₂ = 0);

- выходная проводимость четырехполюсника, измеренная в режиме холостого хода на его входе (I₁ = 0).

При желании таким же образом могут быть определены параметры для Z- и K-систем.

Каждой системе уравнений (2.1) соответствует своя эквивалентная схема. Так, например, эквивалентные схемы для У- и Н-систем представлены на рис. 2.2, а, б.

Как видно из рисунков, входная часть каждой схемы определяется первым уравнением соответствующей системы, а выходная - вторым.