3564

где I1m, I2m,... и U1m, U2m,... - амплитуды гармоник токов и напряжений выходного сигнала.

Рис. 2.23

Предполагается, что входной синусоидальный сигнал содержит единственную гармонику - первую.

Основной задачей при построении и регулировании усилителей является уменьшение нелинейных искажение.

д) Амплитудная характеристика, динамический диапазон, КПД усилителя.

Амплитудная характеристика (АХ) - зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного Um вых=f (Umвх) (рис. 2.23) - позволяет оценивать линейность усилителя.

АХ снимается при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала частотой ω, лежащей в полосе пропускания усилителя. Реальные АХ нелинейны, что проявляется при малых и больших уровнях входного сигнала. Начальный нелинейный участок АХ обусловлен собственными шумами усилителя и наводками, которые приводят к появлению напряжения на выходе усилителя даже при отсутствии входного сигнала. При больших амплитудах вход-

133

ДU m.вx.max

уU m.вx.min

Впределах динамического диапазона усилитель рассматривается как линейное устройство. В усилителях мощности динами-

ческий диапазон определяется с помощью характеристики Кр=f(Pвх)

(рис. 2.25).

Выходная мощность Рвых.max, соответствующая уменьшению усиления на 1дБ, называется верхней границей линейности АХ.

Отношение мощности Рвых.max к выходной мощности собственных шумов Рвых на выходе усилителя мощности принимается за динамический диапазон, который в дБ находится по формуле:

Коэффициент полезного действия мощных выходных усилителей определяется как отношение мощности Рвых - полезного сигнала на выходной нагрузке усилителя Rн к мощности Ро, потребляемая от источника питания:

Pвых

P0

е) Входное и выходное сопротивление.

Знание входных и выходных сопротивлений (проводимостей) Rвх и Rвых, Yвх и Yвых позволяет правильно согласовывать усилитель с источником сигнала и последующим каскадом.

Входное сопротивление Rвх усилителя является нагрузкой для источника сигнала, поэтому от его величины зависит мощность, потребляемая усилителем от источника сигнала. Под Rвх понимается сопротивление между входными клеммами при подключенной нагрузке на выходе усилителя:

135

Выходным сопротивлением усилителя Rвых называют сопротивление между выходными клеммами при подключенном источнике сигнала на входе усилителя:

Проводимости и сопротивления связаны соотношениями

Помимо названных параметров и характеристик, существует и ряд других: устойчивость, стабильность, коэффициент шума, шумовая температура, конструктивные и эксплуатационные характеристики усилительных устройств.

2.2.2. Обратная связь и ее влияние на характеристики усилителей

Обратная связь является одним из фундаментальных понятий в жизни. Чтобы точно выполнить то или иное действие, мы должны иметь возможность видеть что делается и постоянно вносить небольшие поправки по мере того, как это оказывается необходимым. В действительности, берется результат действия (с выхода) и возвращается обратно (на вход) к мысленному намерению так, чтобы результат действия точно соответствовал намерению.

Обратной связью (ОС) в усилителях называется подача части мощности сигнала с выхода усилительного устройства на его вход для изменения основных показателей усилителя.

Эта подача осуществляется через цепь обратной связи (ЦОС или β-цепь) (рис. 2.26)

Различают три возможных случая появления обратной связи в усилительных устройствах:

-внешняя ОС – специально введенная;

-внутренняя ОС – вызванная влиянием выходных величин на входные;

136

Рис. 2.27

-обратная связь по току, при которой Uос пропорционально выходному току Iвх (рис. 2.28). В этом случае в выходную цепь последовательно с нагрузкой включается резистор ОС Rос, с которого снимается напряжение Uос=Iвых∙Rос

Рис. 2.28

-смешанная по выводу обратная связь, при которой Uос зависит как от выходного напряжения, так и от выходного тока (рис.

2.29)

Рис. 2.29

138

(б)

Рис. 2.31

-обратная связь со смешанной подачей на вход (рис. 2.32; а – ОС по напряжению, б – по току)

(а)

(б) Рис. 2.32

Коэффициент усиления каскада без обратной связи К равен отношению выходного напряжения к входному (рис. 2.33):

КUвых . Uвх

140

Рис. 2.33

Напряжение на выходе усилительного каскада равно Uвх=Uис–Uос при отрицательной обратной связи (ООС) и для положительной обратной связи (ПОС) равно Uвх=Uис+Uос.

Напряжение ОС является частью выходного напряжения Uос=β∙Uвых, где β – коэффициент передачи цепи ОС (коэффициент обратной связи), показывающий какую долю Uвых составляет Uос:

Uос

Uвых

Коэффициент передачи β обычно меньше 1. Коэффициент усиления каскада Кос при введении ОС равен:

Получается, что напряжение источника сигнала при отрицательной обратной связи равно: Uис=Uвх+Uос.

Коэффициент усиления при ООС находим по формуле:

K

1K

Знаменатель этого выражения А=1+βК показывает, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления каскада без ОС

141