5.5 Методы расчета нелинейных искажений

Для расчета нелинейных искажений используют 2 метода:

• в режимах, близких к линейному (режим класса "А"), применяют метод 5-и ординат;

• в нелинейном режиме (режим класса "В" и "АВ") применяют метод углов отсечек.

Рисунок 5.17 — Искажения усилителя при работе с реальным источником

Рассмотрим метод 5-и ординат [1]:

Зависимость тока коллектора от входного напряжения определяется сквозной характеристикой. Из-за искажений, при синусоидальном входном напряжении, получим несинусоидальный ток коллектора, который можно представить рядом Тейлора:

где .

Для получим:

Преобразовав функции , получим:

Для того, чтобы рассчитать нелинейные искажения с погрешностью 510%, достаточно определить 4 гармоники и . Для нахождения пяти неизвестных величин I_m1, I_m2, I_m3, I_m4 и , необходимо получить систему из пяти уравнений. Для этого на сквозной характеристике, задаваясь 5-ю значениями t, получим значения 5-и известных ординат:

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) .

Графически это представлено на рис. 7.18.

По полученным значениям 5-и ординат после решения системы уравнений определим I_m1, I_m2, I_m3, I_m4 и I_0К:

; (5.5)

; (5.6)

; (5.7)

; (5.8)

; (5.9)

здесь I_0К — прибавка к постоянной составляющей I_0К, обусловленная четными гармониками. При работе в классе "А" она не должна превышать величины 0.1I_0К.

Рисунок 5.18 — Определение 5-и ординат.

Затем рассчитываются коэффициенты нелинейных искажений из выражений 5.3 и 5.4:

, , .

и .

Заключение:

Для расчета нелинейных искажений необходимо:

• рассчитать режим работы каскада по постоянному току, и определить угол наклона нагрузочной линии по переменному току;

• на основании выходных ВАХ и нагрузочной линии по переменному току, построить переходную характеристику во втором квадранте;

• в третьем квадранте на входных ВАХ построить динамическую входную характеристику;

• на основании динамической входной и переходной характеристик строится сквозная характеристика (для конкретного R_Вн.Ист);

• по сквозной характеристике и заданному E_Вх (при его значениях +E_m, –E_m, , и 0) установить конкретные значения 5-и ординат (I_max, I_min, I_0K, и ) и по формулам 5.5–5.9 рассчитать амплитуды гармоник тока коллектора;

• определяют коэффициенты искажений каждой гармоники (до 4-ой) и общий коэффициент искажения. Если _Общ_Зад расчет окончен, иначе применяют меры для понижения коэффициента искажений (увеличивают R_Вн.Ист, выбирают другой транзистор или смещают рабочую точку на более линейный участок ВАХ).

Обратные связи в усилителях

8.1 Общие понятия и классификация обратных связей

Обратные связи являются мощным средством для управления характеристиками усилителей. Они изменяют коэффициент усиления, частотные и фазовые характеристики, нелинейные искажения и т.п. Следовательно, изменяются все характеристики и параметры усилителей.

Звеном обратной связи (ОС) называют устройство, с помощью которого часть выходного напряжения передают на вход усилителя. Обратные связи могут быть действительными (частотно-независимыми) или комплексными (частотно-зависимыми).

Обратные связи классифицируют по нескольким видам:

• По способу подключения звена ОС к выходу усилителя:

• параллельная ОС (по напряжению);

• последовательная ОС (по току).

• По способу подключения звена ОС ко входу усилителя:

• ОС со сложением напряжений;

• ОС со сложением токов.

• Различают положительную и отрицательную ОС.

• Обратная связь может быть частотно-зависимой и частотно-независимой, амплитудно-зависимой (с применением инерционно-нелинейных элементов) и амплитудно-независимой.

На рис. 8.1 представлена структурная схема усилителя с ОС по напряжению со сложением напряжений, а на рис. 8.2 — с ОС по току со сложением токов.

Напряжение на входе звена ОС (U₅₆) пропорционально напряжению нагрузки (Рис. 8.1) и току нагрузки ( ) для второй структуры (см. Рис. 8.1).

Если напряжение на входе усилителя , то такую ОС называют обратной связью со сложением напряжений (Рис. 8.1), если — то такую ОС называют обратной связью со сложением токов (Рис. 8.2).

ОС является положительной, если входное напряжение и напряжение ОС синфазны и отрицательной, если входное напряжение и напряжение ОС противофазны.

В зависимости от внутренней структуры звена ОС ( ), она может быть частотно-зависимой (-независимой) или амплитудно-зависимой (независимой).

Рисунок 8.1 — Структурная схема усилителя с ОС по напряжению со сложением напряжений

Рисунок 8.2 — Структурная схема усилителя с ОС по току со сложением токов

Для построения усилителей используют только отрицательные обратные связи, т.к. они улучшают и стабилизируют их основные характеристики и параметры.