Лабораторная работа № 2. Исследование усилителя низкой частоты.

1.Цель работы.

Изучение методики и экспериментальное определение основных характеристик усилителя низкой частоты (УНЧ).

2. Теоретические сведения.

УНЧ предназначен для усиления сигналов звукового сопровождения, поступающих с частотой детектора, до уровня номинальной мощности, выделяемой по катушке громкоговорителя.

Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности:

.

Обычно интерес представляет активная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку, и активная мощность , потребляемая им от источника входного сигнала, поэтомуопределяется действительным числом.

Коэффициенты усиления по напряжению и току являются комплексными величинами и могут быть представлены в виде:

,

где – модуль коэффициента усиления;– фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями (токами) усилителя.

Модуль коэффициентов усиления часто выражают в логарифмических единицах – децибелах и неперах, определяемых соотношениями:

Для качественного воспроизведения звукового сопровождения УНЧ должен усиливать входные сигналы без существенных искажений. Последние бывают 2-х типов: линейные и нелинейные.

Линейные искажения возникают в двух случаях:

1. Если отдельные спектральные составляющие входного сигнала усиливаются неодинаково (искажения, обусловленные этой причиной, называют частотными искажениями).

2. Если вносимые усилителем фазовые сдвиги изменяют взаимное расположение спектральных составляющих в выходном сигнале (искажения, обусловленные этой причиной, называют фазовыми искажениями).

Для оценки вносимых усилителем частотных искажений используют его амплитудно-частотную характеристику, представляющую собой график зависимости коэффициента усиления от частоты. Величину частотных искажений характеризуют коэффициентом частотных искажений:, где– модуль коэффициента усиления на средних частотах;– то же на какой-либо конкретной частоте. Величинучасто выражают в децибелах:. В УНЧ среднего класса радиовещательной аппаратуры.

Фазовые искажения, вносимые усилителем, характеризуются его фазовой характеристикой, представляющей собой зависимость от частоты угла сдвига фазы между входным и выходным напряжением. Величину фазовых искажений оценивают по разности ординат фазовой характеристики и касательной, проведенной через начало координат.

В УНЧ радиовещательной аппаратуры фазовые искажения не ограничиваются, так как слух не реагирует на изменение фазовых соотношений между спектральными составляющими сложного сигнала.

Нелинейные искажения обусловлены нелинейными элементами, входящими в схему усилителя. В транзисторных усилителях основными причинами появления нелинейных искажений являются нелинейность входных и выходных характеристик транзисторов. Нелинейные искажения, в отличие от линейных, приводят к появлению новых спектральных составляющих в спектре выходного сигнала, при этом чем больше искажение, тем больше относительная величина высших гармоник в спектре выходного сигнала. Поэтому нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник , представляющим собой отношение действующего значения всех высших гармоник выходного сигнала к действующему значению его первой гармоники при подключении к входу усилителя источника гармонического сигнала:

.

В УНЧ среднего качества .

Нелинейные искажения в УНЧ существенно возрастают при слишком больших амплитудах входных сигналов из-за перегрузок активных элементов. Допустимая амплитуда сигнала на выходе УНЧ определяется по его амплитудной характеристике, представляющей собой зависимость амплитуды сигнала на выходе УНЧ от амплитуды сигнала на его входе. У идеального УНЧ амплитудная характеристика представляет собой прямую, проходящую через начало координат. В реальном усилителе из-за собственных шумов . При слишком больших амплитудах характеристика отклоняется от линейной вследствие смещения рабочей точки в область отсечки или насыщения транзистора. Рабочим участком амплитудной характеристики является прямолинейный участок, границам которого соответствуют значенияи. Отношениеназывают динамическим диапазоном усилителя.обычно выражают в децибелах:.

Динамический диапазон усилителя среднего класса составляет 30-40 дБ.

Коэффициент полезного действия УНЧ , где– полезная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку;– суммарная мощность, потребляемая усилителем от источника питания.