Искажение сигналов.
Качество усилителя, в основном, определяется степенью искажений, вносимых усилителем. Под искажением усиливаемого сигнала понимают изменение формы выходного сигнала по сравнению с формой входного сигнала. Различают линейные (частотные и фазовые) и нелинейные искажения.
Частотные искажения.
Частотными называются искажения, вызываемые неравномерностью усиления колебаний различных частот (неравномерное усиление отдельных гармонических составляющих спектра входного сигнала). Причиной частотных искажений является наличие в схемах усилителей реактивных элементов-емкостей, катушек индуктивностей, сопротивление которых зависит от частоты.
Частотные искажения оцениваются с помощью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), представляющей собой графическую зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала при неизменной его амплитуде:
.
Амплитудно-частотные характеристики обычно строят в прямоугольной системе координат, причем по вертикальной оси откладывают величину коэффициента усиления в линейном масштабе, либо относительных единицах, а по горизонтальной оси - частоту в логарифмическом масштабе Рис.25.
Рис.25
Как видно из рис.25
коэффициент усиления реального усилителя
имеет максимальное значение
в области средних частот, а в области
низких и высоких частот он уменьшается
вследствие влияния реактивных элементов,
т.е. появляются частотные искажения.
Для количественной оценки частотных искажений используют коэффициент частотных искажений М, определенный как отношение коэффициентов усиления на средней частоте, и на частоте на которой необходимо определить искажения
.
Обычно частотные
искажения считаются допустимыми, если
,
т.е. когда
.
Частоты, на которых
коэффициент усиления уменьшается до
0,7 от своего максимального значения
,
называются граничными. Различают нижнюю
граничную частоту
и верхнюю граничную частоту
.
Полоса частот, в пределах которой
коэффициент усиления уменьшается до
,
называется полосой пропускания усилителя
Требуемое значение полосы пропускания, верхней и нижней граничных частот определяется назначением усилителя.
Нелинейные искажения.
Нелинейными искажениями называют искажения, вызванные нелинейностью входных и выходных характеристик усилительных элементов (транзисторов), а также не линейностью намагничивания сердечников транзисторов или дросселей.
Амплитудная характеристика. Динамический диапазон.
Качественные
представления о нелинейных искажениях
дает амплитудная характеристика
усилителя, устанавливающая зависимость
амплитуды сигнала на выходе
усилителя, от амплитуды сигнала на его
входе
,
при неизменной частоте (обычно 1000
Гц),т.е.
(Рис.26).
Рис.26
При отсутствии
входного сигнала (
),
на выходе усилителя имеется не большое
выходное напряжение, обусловленное
шумами усилителя
,
которое накладывается затем на малые
сигналы. Минимальное входное напряжение
должно быть таким чтобы вызванное им
выходное напряжение
превышало в заданное количество раз
напряжение помехи
.
При входных сигналах, изменяющихся в
пределах от
до
связь между входным и выходным напряжением
линейная, поэтому нелинейные искажения
отсутствуют. При большой амплитуде
входного сигнала, появляются нелинейные
искажения.
Непосредственно с нелинейными искажениями связан такой параметр усилителя, как динамический диапазон Д. Он представляет собой отношение максимально допустимого уровня сигнала на выходе, к минимально допустимому и выражается обычно в децибелах.
.