2.5. Переходная характеристика

При анализе УУ часто возникает задача определения реакции ли­нейной цепи, лишенной начальных запасов энергии, на произвольное входное воздействие. Представляя входной сигнал в виде суммы одно­типных стандартных составляющих и зная реакцию данной цепи на эти составляющие, решают поставленную задачу, используя принцип супер­позиции. Наиболее часто в качестве стандартных составляющих ис­пользуется единичная функция

( 2.10)

В частном случае t₀ = 0. Выбор единичной функции в качестве стан­дартной вызван тем, что переходные процессы в этом случае проявля­ются наиболее ярко, а описывающие их выражения получаются самыми простыми.

Переходная характеристика (ПХ) - это зависимость выходной ве­личины от времени при изменении входной по закону единичной функ­ции e(t)=E₁1(t) (рис.2.8). Она харак­теризует устройство при усилении сла­бого сигнала, когда это устройство является линейным. Линейность дости­гается ограничением сверху на величи­ну E₁. Общепринятое обозначение ПХ – h(t). На практике широко используются нормированные ПХ.

h_нор(t) = U₂(t)/(E₁K_eo).

Зная ПХ h(t) цепи, можно опреде­лить реакцию этой цепи b(t) на любое (допускающее п реобразование Лапласа) входное воздействие a(t), используя интеграл Дюамеля

(2.11) (2.11)

2.6. Линейные искажения

Важным свойством усилителя является точность воспроизведения формы входного сигнала, которая определяется уровнем искажений, вносимых усилителем. Различают линейные и нелинейные искажения.

Линейные искажения обусловлены наличием в схеме реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) как паразитных (емкости мон­тажа, переходов транзисторов, индуктивности выводов компонент схе­мы и т.п.), так и введенных в схему специально, для получения тре­буемых свойств этой схемы. Линейные искажения зависят от скорости изменения сигнала или его частоты и не зависят от его уровня, так как их оценка производится при слабом сигнале, когда можно не счи­таться с нелинейностью схемы. Различают три вида линейных искаже­ний: частотные, фазовые и переходные. Количественная оценка линей­ных искажений основана на сравнении реальных характеристик усили­теля (АЧХ, ФЧХ и ПХ) с соответствующими идеальными.

2.6.1. Частотные искажения

И деальная АЧХ в ряде случаев (например, для УЗЧ, измерительно­го усилителя) представляет собой прямую, параллельную оси частот (штриховая линия на рис.2.2 и рис.2.3,а). За меру частотных иска­жений (ЧИ) принимают относительное (нормированное) усиление У_н = К_Н/К₀, У_В = К_В/К₀. на заданных частотах f_H и f_В (рис.2.2 и рис.2.3,а), где К₀-коэффициент усиления на средней частоте f₀. Часто ЧИ оцениваются в децибелах (рис.2.3,б), где G_Н.НОР = 20 1g y_H, G_В.НОР = 20 1g y_в. ЧИ удобнее определять по нормированным АЧХ (рис.2.3). Для n-каскадного усилителя справедливы соотношения.

(2.12)

Полосой пропускания (или диапазоном рабочих частот) усилителя называют полосу частот, в пределах которой ЧИ не превышают допу­стимых. Допустимые ЧИ определяются назначением усилителя. В УЗЧ ЧИ ощущаются как изменение тембра, и в УЗЧ высшего класса они не должны превышать ±(0,1÷1)дБ. В видеоусилителях телевизионных при­емников ЧИ на верхних частотах ухудшают четкость изображения. В измерительных усилителях ЧИ приводят к появлению ошибок, снижающих точность измерения. Довольно часто полосу пропускания оценивают на уровне -3 дБ, что соответствует уменьшению (по сравнению со средни­ми частотами) мощности сигнала в 2 раза, а напряжения или тока в √2 раза.