1.3.8Амплитудная характеристика и динамический диапазон

Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называется зависимость амплитудного или действующего значения выходного напряжения от входного синусоидального напряжения (рис 1.3, б). 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 U_п.

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. Однако их величину по кривизне этой характеристики не оценивают, так как она отражает не все виды нелинейных искажений. Верхний изгиб используют лишь для определения порога перегрузки. По графику АХ лишь весьма приближенно можно судить о характере и степени нелинейности (непостоянства) передаточных свойств каскада, т. е. о зависимости этих свойств от уровня усиливаемого сигнала. Более подробно принципы представления передаточных свойств нелинейных цепей рассмотрены в гл. 5.

Динамическим диапазоном D усилителя называется отношение наибольшего выходного (или входного) напряжения усилителя к наименьшему в пределах линейной части амплитудной характеристики:

D =U_вых2/U_вых1= U_вх2/U_вх1. (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 D_с = U_{с max} / U_{c min}. Так, для радиовещательных речевых сигналов D_с≈40 дБ, для симфонического оркестра D_с≈70 дБ. Чтобы усилитель мог воспроизвести на выходе все изменения уровня входного сигнала, надо обеспечить D≥D_с.

Для некоторых устройств, например логарифматоров, вся АХ является нелинейной и подчиняется определенному закону. Однако ее начало и конец отклоняются от нужного закона нелинейности и по-прежнему имеют вид, показанный на рис. 1.3, б. Такие устройства характеризуются двумя динамическими диапазонами: по входу и выходу, причем D_вх≠ D_вых.

1.3.9Специфические показатели некоторых аэу

Рассмотренные выше основные технические показатели могут быть отнесены к большинству АЭУ. Однако некоторые устройства, кроме того, характеризуются специфическими показателями, которые рассматриваются в соответствующих главах, посвященных изучению этих устройств. Например, для интегральных операционных усилителей и других аналоговых микросхем применяют такие параметры, как входные токи, ЭДС смещения нуля (приведенная ко входу), максимальная скорость нарастания выходного напряжения, коэффициент ослабления синфазных входных напряжений и др.

Устройства перемножения и деления имеют по два входа, условно обозначаемых х и у. Выходное напряжение перемножителя U_ВЫХ= kU_ХU_Y, а делителя U_ВЫХ= kU_Х / U_Y, где k – специфический показатель, называемый масштабным коэффициентом. Для перемножителя он имеет размерность 1/В, а для делителя – В. Главный показатель этих устройств – погрешность выходного напряжения. Для перемножителей оценивают также величины прямого прохождения или просачивания на выход напряжения одного из сомножителей при равенстве нулю второго.

Специфическим параметром компараторов, являющихся устройствами переключения на основе сравнения двух напряжений, служит время переключения. Основными показателями логарифматора являются динамический диапазон по входному напряжению и максимальная относительная погрешность выходного напряжения. Активные фильтры характеризуются частотами среза и неравномерностью АЧХ в полосе пропускания.