18. Основные характеристические параметры усилителей

Усиление сигнала обычно сопровождается некоторым изменением его формы. Необходимые сведения об усилителе должны включать не только количественную оценку самого эффекта усиления, но, характеризующих основные свойства усилителя, и меру искажений усиливаемых колебаний. Сумму сведений называют его характеристическими параметрами или показателями. Рассмотрим важнейшие из них.

1. Комплексный коэффициент усиления

Комплексный коэффициент усиления (коэффициент передачи) определяется отношением комплексных амплитуд напряжений на выходе и входе усилителя

K(i) = =K() e^i() (8.1)

Модуль комплексного коэффициента передачи называется коэффициентом усиления, а зависимость последнего от частоты усиливаемого сигнала - амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя. Аргумент () представляет собой фазово-частотную характеристику (ФЧХ) усилителя и характеризует частотную зависимость фазового сдвига выходного гармонического колебания относительно входного.

Коэффициент усиления измеряется в логарифмических единицах—децибелах

К(дБ)=20 lg К (8.2)

Децибелы применяют не только для сравнения двух величин. Они удобны и для оценок конкретных значений мощностей. При этом за условный нулевой уровень электрического сигнала принята мощность Р = 1 мВт, выделяемая на активном сопротивлении R = 600 Ом.

Широкое применение децибелов, особенно в акустике, объясняется свойством органов слуха ( также зрения) реагировать на раздражение в логарифмической зависимости. Например, если УНЧ развивает на выходе 10 Вт, то для того, чтобы ухо ощутило вдвое большую громкость, понадобится почти десятикратное увеличение выходной мощности усилителя. 1 дБ улавливается ухом как едва заметное изменение ,громкости.

2. Линейные искажения Линейные искажения возникают в двух случаях:

1.Когда отдельные гармонические составляющие входного сигнала усиливаются неодинаково;

а)

б)

Рис8.2 Идеальные (1) и реальные (2) АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилителя

2.Когда фазовые сдвиги, которые приобретают гармонические составляющие сигнала, пройдя через усилитель, изменяют их взаимный сдвиг во времени.

Чтобы усилитель в полосе рабочих частот не вносил линейных искажений, его АЧХ должна быть прямоугольной, а ФЧХ – линейной (рис. 8.2).

Чаще всего фазовые искажения не нормируются и линейные искажения оценивают коэффициентами Мв = Кв/Ко и Мн = Кн/Ко, где Кн, Кв, Ко - коэффициенты усиления на нижней, верхней и средней частотах соответственно. Обычно Мв = 0,9…1,1 и Мн = 0,9…1,1.

3. Нелинейные искажения

Причиной нелинейных искажений является прохождение сигнала через элементы, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику, например, лампу, транзистор, трансформатор, в результате чего искажается форма колебаний и изменяется их спектральный состав. Расчет величины нелинейных искажений сводится к определению амплитуды основной I₁ и высших гармонических составляющих I_2, I_3,… и оценивается коэффициентом нелинейных искажений

K_н.и. =(8.5.)

Нормы на допустимые величины нелинейных искажений определяются назначением усилителя и имеют порядок 0,53,0%. Для многокаскадного усилителя

k_н.и.  k_н.и. + k_н.и. + k_{н.и. + …} (8.6.)