2.7. Нелинейные искажения

Нелинейные искажения (НИ) – это изменение формы усиливаемого сигнала, обусловленное наличием в схеме нелинейных элементов (би­полярных и полевых транзисторов, аналоговых ИМС, трансформаторов, дросселей, диодов и др.). НИ зависят от уровня сигнала. Чем выше этот уровень, тем , как правило, больше нелинейные искажения. При НИ (в отличие от линейных) в спектре выходного сигнала появляются дополнительные частотные составляющие, которые отсутствуют в спектре входного сигнала.

На рис.2.10 показано возникновение нелинейных искажений за счет нелинейности проходной динамической характеристики БТ. Перио­дический, но не гармонический выходной ток i_К можно разложить в ряд Фурье

г де I_СР – постоянная составляющая (среднее значение); ω₁ – основная частота (первая гармоника) сигнала; n – номер гармоники; nω₁ – час­тоты высших гармоник; I_nm, φ_m – амплитуда и фаза n-й гармоники.

При усилении гармонических сигналов уровень нелинейных искаже­нии оценивается коэффициентом гармоник.

В место амплитуд гармоник тока в (2.16) можно использовать действу­ющие значения токов, действующие или амплитудные значения напряже­ний или соответствующие активные мощности. В инженерной практике для оценки нелинейных искажений обычно достаточно знания уровня первых четырех гармоник, поскольку с увеличением номера гармоники ее интенсивность падает. При несимметричных искажениях (рис.2.10) преобладают высшие четные гармоники, особенна вторая. Если же ис­кажения симметричны (рис.2.11), то наибольший уровень имеют нечет­ные высшие гармоники (в частности, третья).

Если k_r< 0,5 %, то на слух нелинейные искажения практически не воспринимаются. Минимум нелинейных искажений или их отсутствие оз­начают линейность усилителя. При усилении звуковых сигналов веща­тельных трактов 1-го класса максимальный коэффициент гармоник не должен превышать 2,6 % на средних частотах и 4 % на нижних. Для измерительных усилителей коэффициент гармоник нередко составляет величину десятые или сотые доли процента.

П ри усилении импульсных сигналов уровень нелинейных искажений оценивается коэффициентом нелинейности.

г де k_макс и k_мин- наибольшее и наименьшее значения производной в пределах используемого участка характеристики, например для рис.2.11 k = du₂/du₁.

2.8. Внутренние помехи

Внутренние помехи ухудшают реальную чувствительность усилите­ля, его способность усиливать слабые сигналы на фоне помех. Помехи имеют ряд составляющих, наиболее существенные из них фон, шумы резисторов и усилительных элементов, дрейф.

Фон

Фон – это постороннее напряжение на выходе усилителя, частот­ные составляющие которого кратны частоте питающей сети. Причинами фона является недостаточное сглаживание выпрямленного напряжения источника питания и наводки (особенно во входном каскаде) со сто­роны сетевых проводов и силовых трансформаторов.

Для снижения уровня фона необходимо улучшать качество напряже­ния питания, применять экранирование и использовать отрицательную обратную связь (ООС).