2. Определение коэффициента нелинейных искажений усилителя (кни)

1. КНИ оценивается по коэффициенту гармоник (К_Г), расчет которого

производится после разработки усилителя и определения параметров элементов схемы усилительного каскада.

Если известно внутреннее сопротивление R_Г генератора (источника) усиливаемых сигналов, можно рассчитывать К_Г методом пяти ординат по сквозной динамической характеристике, построенной для известного значения R_Г.

2. Для построения сквозной динамической характеристики используют нагрузочную прямую переменного тока (на выходных статических характеристиках) и входную характеристику транзистора.

На отрезке АВ нагрузочной прямой (Приложения Рис. 3) определяют граничные точки 1 и 6, которые находятся на проекции амплитудных значений тока коллектора I_кm (+I_кm и -I_кm) или амплитудных значений переменной составляющей напряжения (+U_выхm и -U_выхm). Остальные точки (2÷5) определяются как результат пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками (соответствующих конкретным базовым токам).

Для каждой точки (1÷6) находят значения тока коллектора (i_К1÷i_К6). Далее определяют амплитуды переменных составляющих тока и напряжения входного сигнала. Для этого на входную статическую характеристику транзистора i_Б= f (U_БЭ) (Приложения.Рис. 4), включенного по схеме с ОЭ при напряжении на коллекторе 5В, переносят точки пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками транзистора (получают точки 1'÷6'). Опустив перпендикуляры из точек 1'÷6' на горизонтальную ось (U_БЭ) определяют амплитуды переменных составляющих напряжения входного сигнала (U_БЭ1÷U_БЭ6).

Затем, для каждой из этих точек вычисляют э.д.с. источника (генератора) усиливаемых сигналов по формуле:

e_Г = U_БЭ+i_Б·R_Г;

Результаты вычислений сводят в таблицу, чтобы получить координаты точек (1"÷6") для построения сквозной динамической характеристики.

№ точки	iК(iВЫХ), мА	iБ(iВХ), мкА	UБЭ(UВХ), мВ	eГ = UБЭ+iБ·RГ, В
1"	iК1 =	iБ1(IБmax)=	UБЭ1(UВХmax)=	eГ1(max) =
2"	iК2 =	iБ2 =	UБЭ2 =	eГ2 =
3"	iК3 =	iБ3 =	UБЭ3 =	eГ3 =
4"(П)	iК4 =	iБ4 =	UБЭ4 =	eГ4 =
5"	iК5 =	iБ5 =	UБЭ5 =	eГ5 =
6"	iК6 =	iБ6 =	UБЭ6 =	eГ6 =

3. По данным таблицы строится сквозная динамическая характеристика

i_К= f (e_Г) (Приложения.Рис. 5).

Как правило, полученная характеристика имеет слегка выраженный S-образный характер.

4. При расчете коэффициента гармоник (К_Г) используем наиболее распространенный метод пяти ординат (или метод Клина).

5. При реализации этого метода с помощью сквозной динамической характеристики определяют некоторые значения тока коллектора (I_min, I₂, I_0, I₁, I_max), которые используют при расчете коэффициента гармоник.

На сквозной динамической характеристике (Приложения.Рис. 6) отмечаем две точки, соответствующие max и min (i_К1 и i_К6) выходного тока (тока коллектора - I_max и I_min) и проектируем их на горизонтальную ось (отрезок aд). Затем этот отрезок делим на четыре равные части (аб=бв=вг=гд) и находим по графику значения токов .

6. По методу Клина коэффициент гармоник каскада, работающего в режиме А, определяется по формуле:

где I_1m, I_2m, I_3m, I_4m - первая, вторая, третья и четвертая, соответственно, гармоники выходного сигнала.

7. Гармоники выходного сигнала, в свою очередь, рассчитываются по следующим формулам:

8. Среднее значение тока может быть определено:

9. Правильность вычислений найденных токов можно проверить по формуле:

I_1m+I_2m+I_3m+I_4m+I_ср=I_max ,

2,63+0,57+0,31+(-0,19)+3,58=6,9 (мА)

10. В соответствии с полученными результатами рассчитываем К_Г:

Коэффициент гармоник К_Г выражают в %.

При этом значения К_Г, как правило, не должны превышать (3÷5)%.

Приведём в соответствие позиционные обозначения элементов в ПЭЗ:

Обозначение в ПЭЗ	Обозначение в расчетах
R1	R1
R2	R2
R3	Rф
R4	Rк
R5	Rэ
C1	Сф
C2	С1
C3	С2
C4	Сэ