Глава 3. Основные параметры и характеристики усилителей При усилении импульсных сигналов нелинейность усилителя

сказывается иначе, чем при усилении гармонических сигналов.

Так, например, при усилении ступенчатого сигнала по амплитуде

при одинаковых ступеньках на входе получаются различные сту-

пеньки на выходе (рис. 3.11). Наличие нелинейности при усилении

телевизионных сигналов или сигналов передачи неподвижных изоб-

ражений приводит к неправильному воспроизведению тонов на

приеме. При уменьшении импульсов с наклонными краями нели-

нейность изменяет форму импульсов, искривляя наклон края им-

пульсов. При усилении импульсов прямоугольной формы с одина-

ковой амплитудой нелинейность усилителя практически не влия-

ет на форму выходного сигнала. Для импульсных усилителей, ис-

пользующихся в измерительной аппаратуре и ряде других, нели-

нейные искажения оцениваются относительным изменением кру-

тизны динамической характеристики усилителя, т.е. зависимос-

тью U вых от U вх (рис. 3.12).

Зная динамическую характеристику усилителя, можно опре-

делить фактор нелинейности:

()

−d = K max K min .

K max

(3.19)

Рис. 3.11. Влияние нелинейности усилительного элемента

на искажение импульсного сигнала

– 33 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Рис. 3.12. К оценке нелинейности импульсных усилителей

§5. Собственные помехи и динамический диапазон

усилителя

Собственные помехи или шумы в усилителях возникают по

разным причинам, основными видами помех являются: фон, на-

водки, тепловой шум, внутренние шумы усилительных элемен-

тов, шумы микрофонного эффекта. Помехи проявляются в виде

наличия выходного напряжения при отсутствии входного сигнала

(закороченных входных зажимах усилителя). Помехи на выходе

усилителя можно регистрировать чувствительным вольтметром

или наблюдать с помощью осциллографа. Наличие напряжения

собственных или внутренних шумов усилителя ограничивает его

чувствительность, т.е. минимальный входной сигнал, и не позво-

ляет усиливать сколь угодно его малую величину.

Рассмотрим причины появления отдельных составляющих

собственных помех усилителя. Фон представляет собой посто-

роннее напряжение на выходе усилителя с частотными составля-

ющими порядка 50...150 Гц, которые являются гармониками час-

тоты сети 50 Гц и возникают при питании усилительных элемен-

тов выпрямителями, имеющими недостаточную фильтрацию вып-

рямленного напряжения.

– 34 –

Глава 3. Основные параметры и характеристики усилителей

В ламповых усилителях дополнительный фон может возни-

кать при питании нитей накала переменным током. Для устране-

ния фона уменьшают пульсации на выходе выпрямителя путем

увеличения коэффициента сглаживания питающих фильтров, при-

меняют дополнительные развязывающие фильтры, которые ус-

танавливаются в самих усилителях. В ламповых каскадах иногда

применяют питание нитей накала постоянным током.

Наводками называют напряжения в выходной цепи усилите-

ля за счет наведения переменной ЭДС, особенно в цепях первых

каскадов, посторонними магнитными и электрическими полями,

в частности, от цепей переменного тока. Устранение наводок до-

стигается экранированием входных цепей или всего усилителя и

удалением усилителя от источников помех.

Тепловые и термические шумы обусловлены наличием хао-

тического теплового движения электронов внутри любого сопро-

тивления (проводника) или элементов схемы. Мощность тепло-

вого шумаР ШТ = kТ П Ш определяется величиной температуры.

Внутренние шумы усилительных элементов обусловлены

процессами в электронных лампах и транзисторах. Следует от-

метить, что спектр тепловых и собственных шумов лежит в об-

ласти частот [0; ∞ ], и принципиально данные шумы неустрани-

мы. Однако выбором соответствующих усилительных элементов

и параметров схем они могут быть значительно снижены. Так,

например, для первых каскадов усилителя обычно выбирают ма-

лошумящие транзисторы, работающие в определенном режиме.

В очень чувствительных усилителях для уменьшения собствен-

ного шума усилителей приходится снижать температуру среды,

окружающей входные узлы, помещая их в криостат. При этом

используются специальные типы транзисторов, способных рабо-

тать при температуре жидкого азота. Микрофонные помехи (мик-

рофонный эффект) представляют собой наведение в цепях глав-

ным образом входного каскада мешающего напряжения в резуль-

тате воздействия на шасси усилителя механических колебаний в

виде звуковых волн, вибраций и пр. В основном проявляются в

каскадах, выполненных на электронных лампах.

– 35 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Динамический диапазон сигнала представляет собой превы-

шение в децибелах максимального уровня сигнала над минималь-

ным, т.е. отношение максимального и минимального напряжений

сигнала, подводимого к входу усилителя:



(3.20)

= 20 lg U ВХ max  .DC



 U вх min 

Динамический диапазон усилителя представляет собой от-

ношение (в децибелах) максимального напряжения на выходе уси-

лителя U ВЫХ max к минимальному U ВЫХ min :



(3.21)

= 20 lg U ВЫХ max  .DC



 U ВЫХ min 

Оценка динамического диапазона усилителя возможна по

амплитудной характеристике усилителя – зависимости установив-

шегося напряжения на выходе усилителя от напряжения на входе

(рис. 3.13). Амплитудная характеристика реального усилителя не

проходит через начало координат и изгибается при малых значе-

ниях из-за собственного шума на выходе усилителя. На участке

АВ амплитудная характеристика близка к прямой линии, что со-

ответствует линейному участку характеристики усилительных

элементов. При дальнейшем увеличении входного напряжения

происходит уменьшение приращения выходного напряжения по

сравнению с приращением входного сигнала из-за увеличения не-

линейности усилительного элемента. Точка перегиба В определя-

ет максимальный входной сигнал, превышение которого будет

вызывать резкое увеличение нелинейных искажений.

Таким образом, максимальный входной сигнал ограничен

величиной, при которой происходит значительное увеличение не-

линейных искажений, минимальный – уровнем собственных шу-

мов усилителя.

– 36 –