10 Причины нелинейных искажений

Под нелинейными искажениями понимают изменение формы выходного сигнала относительно формы входного сигнала. Изменения формы сигнала обусловлены нелинейностью входных и выходных характеристик транзистора. Степень искажения оценивают коэффициентом нелинейных искажений . Для его определения используют сквозную характеристику каскада [1,3], которая представляет собой зависимость выходного тока от входной Э.Д.С., включающую нелинейность входных и выходных характеристик:

. (5.2)

Характерный вид сквозной характеристики (5.2) представлен на рис. 5.11. При синусоидальной Э.Д.С. Е_Вх ток коллектора изменяется по несинусоидальному закону и характеризуется заостренной верхней и уплощенной нижней полуволнами (см. рис.5.11).

Рисунок 5.11 — Сквозная характеристика каскада

Несинусоидальный ток коллектора, являющийся выходным током I_Вых, можно разложить в ряд Фурье:

.

В спектре выходного тока полезной является только первая гармоника, совпадающая с частотой Е_Вх, остальные гармоники представляют нелинейные искажения, так как их нет во входном сигнале. Коэффициенты искажений по гармоникам определяются из выражений:

, , . (5.3)

Для инженерных расчетов достаточной считают погрешность порядка 10%, что позволяет ограничить ряд Фурье при разложении четырьмя гармониками. Тогда общий коэффициент нелинейных искажений определяется в виде:

. (5.4)

При проектировании усилительного каскада задаётся _Общ и требуется обеспечить, чтобы искажения в усилителе не превышали заданные.

Нелинейные искажения определяются следующими основными причинами и факторами:

• заданным значением входного напряжения (или Э.Д.С. Е_Вх);

• нелинейностью входных ВАХ транзистора;

• отношением внутреннего сопротивления источника входного сигнала ко входному сопротивлению усилителя ;

• нелинейностью выходных характеристик транзистора;

• схемой включения транзистора.

Рассмотрим приведенные в [1] зависимости коэффициента искажений _Общ от аргумента , для различных схем включения транзистора. Эти зависимости приведены на рис. 5.12.

Рисунок 5.12 — Зависимости _Общ от отношения

(а — для схемы с ОБ, б — для схемы с ОЭ)

Как видно из рис. 5.12, при увеличении отношения , уменьшается коэффициент искажений, что обусловлено линеаризацией входных характеристик транзистора R_Вн. Для схемы с ОЭ отношение не должно превышать 1.5, так как дальнейшее его увеличение увеличивает искажения. Для схемы с ОБ такого ограничения нет, однако при >2 искажения уменьшаются незначительно, увеличение этого отношения приводит к уменьшению U_Вх относительно Е_Вх, поэтому его обычно принимают равным 11.5.

Анализ основных причин искажений позволяет сделать следующие выводы:

• нелинейные искажения существенно растут с увеличением входной Е.Д.С.;

• схема усилителя с ОБ обеспечивает меньшие искажения в сравнении со схемой с ОЭ;

• нелинейность выходных ВАХ транзисторов не существенно влияет на исакажения;

• увеличение соотношения расширяет линейность входных ВАХ транзистора и уменьшает нелинейные искажения.