1.3.7. Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя характеризует экономичность расходования энергии источника питания. Обычно он
измеряется на частоте 1кГц (гармоническое колебание). КПД представляет собой отношение номинальной выходной мощности усилителя к суммарной мощности, потребляемой усилителем от всех источников питания: Е= РH/РE. Разность PE-PH=Рпот называется мощностью потерь в усилителе.
КПД может использоваться для оценки эффективности, как законченных устройств, так и отдельных узлов и каскадов схемы. Чем выше КПД, тем меньше потерь в усилителе и соответственно меньше разогрев радиоэлементов, снижение площади радиаторов, веса и массы устройств.
1.3.8. Собственные помехи
Усилитель передает на выход не только полезный сигнал, но и различные усиленные помехи, присутствующие на входе и возникающие внутри него. Это фон, наводки и шумы. В усилителях постоянного тока присутствует еще и дрейф нуля.
Фон это колебание с частотой питающей сети или кратной ей. Обычно подобные помехи возникают из-за недостаточной фильтрации питающего напряжения.
Наводками называются помехи, наводимые на цепи усилителя электрическими и магнитными полями (источниками этих полей являются,
например, сетевые трансформаторы, соединительные провода питающей сети и т.д.) (рис. 1.7)
Рис. 1.7
Количественно подобные наводки оцениваются отношением их напряжения на выходе усилителя к выходному гармоническому напряжению. Для качественных усилителей это отношение равно - 60.. .-70 дБ.
Собственные шумы представляют собой флуктуационные колебания, обусловленные хаотическим движением свободных носителей заряда (электронов и дырок) во всех электропроводящих материалах, используемых в усилителе. Шумы возникают на микроскопическом уровне материалов, их величина небольшая, но, будучи усиленными, они могут достигать уровня полезного сигнала. Устранить подобные шумы практически невозможно в сравнении с фоном и наводками.
Дрейфом нуля называют медленное изменение выходного напряжения усилителя из-за нестабильности величины напряжения питания и характеристик транзисторов. Количественно его оценивают напряжением или током дрейфа, пересчитанным к входу.
1.3.9. Амплитудная характеристика и динамический диапазон
Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называется функциональная зависимость амплитудного или действующего значений выходного напряжения от входного синусоидального напряжения (рис. 1.6, б). Отношение равно коэффициенту усиления К. Поэтому амплитудная характеристика должна бы представлять собой прямую линию, идущую с начала координат. Однако это не так. Линейный участок находится только в средней части АХ (участок АВ).
Начальный участок АХ отклоняется от прямой из-за наличия на входе усилителя напряжения собственных помех.
Верхний изгиб АХ обусловлен перегрузкой одного из каскадов усилителя, чаше всего оконечного, в результате чего начинается ограничение выходного колебания. Использование этого участка приводит к возрастанию
уровня нелинейных искажений. Оценить их количественно по АХ затруднительно, поэтому этот изгиб в основном используется для оценки порога перегрузки.
Динамическим диапазоном D усилителя называется отношение выходного (или входного) напряжения усилителя к наименьшему напряжению в пределах линейной части АХ:
Обычно он выражается в децибелах D, дБ = 201g D и составляет 40... 60 дБ. Амплитуда колебания, представляющая реальный усиливаемый сигнал, например, речевой, непрерывно изменяется от минимального значения до максимального. Отношение максимальных и минимальных амплитуд и называется динамическим диапазоном сигнала Dc=Ucmax/Ucmin. Для радиовещательных речевых сигналов Dс=40 дБ, для симфонического оркестра Dc=70 дБ. Для того, чтобы усилитель на выходе мог воспроизвести все изменения входного сигнала, необходимо выполнение следующего условия D >Dc.
АХ других устройств, например, логарифматоров, по своей природе нелинейная, однако изгиб в нижней и верхней ее частях также присутствует. Для подобных устройств динамический диапазон оценивается на входе и выходе, при этом Dbx Dвых.