1.6. Динамические искажения

Динамические искажения возникают в случае, если амплитуда и частота усиливаемого сигнала превышают критические значения, определяемые максимальной скоростью нарастания выходного напряжения усилителя.

Максимальная скорость нарастания гармонического сигнала зависит от частоты и амплитуды сигнала и определяется по формуле

V_Uc = 2fU_m ,

где U_m — амплитудное значение гармонического напряжения.

Если скорость изменения входного усилителя будет больше, чем максимальная скорость нарастания его выходного напряжения, определяемая по его переходной характеристике, то усиливаемый сигнал будет искажен. Поэтому необходимо, чтобы

,

где V_Uвых — скорость нарастания выходного напряжения усилителя.

1.7. Шумы

При отсутствии сигнала на входе работающего усилителя на его выходе всегда присутствует некоторое напряжение, называемое напряжением собственных шумов усилителя. Напряжение собственных или внутренних шумов не позволяет усиливать сигналы малой амплитуды, подавляя их. Поэтому при проектировании и конструировании усилителей принимают все возможные меры для снижения уровня собственных шумов.

Основными составляющими напряжения собственных шумов являются: шумы активных сопротивлений схемы, собственный шум транзисторов, наводки, фон источников питания и др.

Мощность шума, действующая на выходе усилителя, складывается из мощности шумов источника входного сигнала, усиленных усилителем, и мощности собственных шумов усилителя. Если усилитель не шумит (идеальный усилитель с точки зрения шумов), то его мощность шума на выходе

Р_{ш.вых.ид.} = Р_ш.вх.К_{р ,}

где К_р — коэффициент усиления усилителя по мощности,

Р_ш.вх. — мощность шумов источника сигнала, действующего на входе усилителя.

Величину, показывающую во сколько раз мощность шумов на выходе реального усилителя больше мощности шумов на выходе идеального усилителя, называют коэффициентом шума.

.

Коэффициент шума характеризует, во сколько раз ухудшается отношение мощности сигнала к мощности шума при прохождении смеси сигнала и шума через усилитель.

,

где (Р_с/Р_ш)_вх — отношение мощности сигнала к мощности шума на входе усилителя;

(Р_с/Р_ш)_вых — отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе усилителя;

Чем больше шум усилителя, тем больше коэффициент шума F_ш отличается от единицы. Для идеального нешумящего усилителя — F_ш = 1.

Коэффициент шума часто выражают в логарифмических единицах

F_ш. (дБ) = 10lgF_ш .

Напряжение собственных шумов правильно сконструированного усилителя определяется лишь тепловыми шумами входной цепи и шумами первого усилительного элемента.

1.8. Амплитудная характеристика

Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называют зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения

U_{вых т} = f (U_{вх т}) .

Так как коэффициент усиления идеального усилителя представляет собой постоянную величину, не зависящую от величины входного сигнала, его амплитудная характеристика представляет собой прямую, угол наклона которой определяется коэффициентом усиления усилителя (см. рис. 1.5).

Амплитудная характеристика реального усилителя отличается от АХ идеального усилителя.

Если напряжение поданное на вход усилителя меньше, чем U_вх.мин , то на выходе реального усилителя этот сигнал будет маскироваться (заглушаться) напряжением собственных шумов усилителя U_ш . При значительном увеличении входного напряжения увеличиваются нелинейные искажения, часто проявляющиеся в виде ограничения выходного сигнала по амплитуде.

U_{вх.макс.}

Рис. 1.5 — Амплитудная характеристика усилителя

Отношение U_{вх.макс.}/U_вх.мин. в пределах линейной части амплитудной характеристики характеризует диапазон напряжений сигнала, усиливаемых данным усилителем без искажений, его называют динамическим диапазоном усилителя. Он выражается в относительных или логарифмических единицах:

D = U_{вх.макс.}/U_вх.мин. ; D(дБ) = 20lgD .