ТОП 10:

Основные технические показатели электронных усилителей и их характеристики



Электрический сигнал – это изменение тока и напряжения в соответствии с передаваемой информацией, которая может быть закодирована в изменении одного или нескольких параметров тока или напряжения.

Усилитель – это устройство, усиливающее по мощности напряжение или ток, а с точки зрения принципа работы – это управляющий преобразователь электрических источников питания постоянного тока в ИП усиленного сигнала. Для управления используется небольшая частота источника сигнала.

Закон изменения Uвых и Iвых усилителя в идеале должен повторять закон изменения ЭДС источника сигнала eи(t). Основной элемент усилителя – усилительный элемент (БПТ, ТГ, электронная лампа и т.д.).

Усилитель – линейный преобразователь. Кроме усилительного элемента в усилителе (У) имеются цепи для передачи энергии от источника сигнала по входному электроду усилительного элемента, от выходного электрода к нагрузке, а так же цепи питания электрода постоянного тока.

Таким образом, усилитель формально можно рассматривать как линейный 4х-полюсник, если усилительный элемент используется в пределах линейного участка динамической характеристики.

Для такого источника сигнала усилитель – это входное сопротивление Zвх. С точки зрения нагрузки, усилитель – эквивалентный источник. Uвых пропорционально Uвх, а значит и eи(t). Относительно eи усилитель характеризуется Iвх. Относительно нагрузки – рассматривается как эквивалентный генератор и характеризуется Iвых и eвых.

- коэффициент усиления по напряжению;

- сквозной коэффициент усиления.

< , т.к. часть напряжения падает на внутреннем сопротивлении источника.

в общем случае комплексный, т.к. в усилителе всегда имеются реактивности. Для разных частот, разный коэффициент: .

- модуль коэффициента усиления на данной частоте. С другой стороны – это функция зависимости модуля от частоты.

- сдвиг фаз (частотнозависимый) между входным и выходным напряжением, т.е. сдвиг фаз, вносимый усилителем.

Зависимость называется АЧХ.

Зависимость называется ФЧХ.

Основным технологическим показателем усилителя является коэффициент усиления по средней частоте (это частота , на которой ).

Ki0 – коэффициент усиления по току, Kp0 – коэффициент усиления по мощности. - мощность, отдаваемая источником (не самого источника!!!). Каждый из этих коэффициентов может быть сквозным.

Иногда K отсчитывают в дБ.

Разные усилители имеют разный вид АЧХ.

 

 

1) По переменному току

2) По постоянному току.

На частотах, при которых K→0, сигнал не усиливается. Для удобства изображения АЧХ часто используют логарифмический масштаб по оси f.

АЧХ изображают в абсолютных значениях K, но они неудобны для сравнения усилительных свойств различных усилителей по частотному диапазону, но в относительных единицах они удобны. В этом случае берут на K, а относительный коэффициент усиления - это тот же К, но нормированный коэффициентом усиления на средней частоте .

- модуль относительного коэффициента усиления.

Очевидно, Y можно представить как:

Очевидно, что если , то .

 

Для снятия АЧХ: изменяем частоту генератора – f => e(f)=const.

fсн – нижняя, а fсв – верхняя частоты в спектре сигнала.

Для усиления показательного сигнала годится второй усилитель, т.к. закон изменения eu(t) остаётся прежним, т.е. не будет частотных искажений.

Усилители строят под усиление определенного сигнала.

Полоса частот, в пределах которой модуль коэффициента усиления изменяется не более заданной величины, устанавливаемой из практических потребностей, называется полосой пропускания усилителя.

Граничные частоты полосы пропускания называются нижней и верхней частотой полосы пропускания. Если не указывается допустимое изменение K, то допускается, что K=0,707K0, что соответствует уровню 3 дБ.

Анализ работы усилителя проводят с помощью гармонического сигнала, а свойства усилителя определяют по его частотным характеристикам.

Если в пределах полосы частот источника сигнала усилитель имеет разный коэффициент усиления, то это приводит к частотным искажениям сигнала. Частотные искажения сигнала – это искажения закона изменения выходного тока от напряжения по сравнению с законом изменения ЭДС источника сигнала от времени. Они возникают благодаря наличию реактивности в усилителе (разделительных емкостей, трансформаторов, индуктивностей, паразитных C и L). Наличие разделительных емкостей является причиной частотных искажений на низких частотах. Частотные искажения – линейные, т.к. возникают в линейной цепи.

Ниже приведена схема замещения для нашего случая, высокочастотная составляющая подавляется.

Для низкочастотных спектральных составляющих пренебрегают С0, т.к. оно подключено параллельно сопротивлению R, и на низких частотах XC0н)>>R.

Для высокочастотных спектральных составляющих пренебрегают Сp, т.к. оно подключено последовательно с сопротивлением R, и на высоких частотах XCpв)<<R.

Очевидно, за счет Cp создается опережение выходного напряжение относительно входящего по фазе. Действительно, UR создается током ICR.

ICR опережает UCR на 90˚, UCR является частью напряжения на полюсах => ток опережает напряжение.

За счет C0 создается отставание по фазе выходного напряжения относительно входного. UR=UC0, UC0 отстаёт от тока источника, поэтому UC0 отстаёт от напряжения на какой-то угол.

На разных частотах влияние на сдвиг фаз C0 и Cp различно по значению.

Одно из них вызывает запаздывание, а второе – опережение. На какой-то конкретной частоте мы получим результат, который определит, чьё влияние больше. На ω0 эти влияния компенсируются.

Механизм изменения соотношения между амплитудами спектральных составляющих в спектре выходного сигнала по сравнению с их амплитудами в спектре eu выглядит следующим образом. Чем больше неравномерность K в пределах спектра сигнала, тем больше частотные искажения. М – коэффициент частотных искажений.

Фазовые искажения.

Фазовые искажения – искажения усиливаемого сигнала, как функции времени, возникающие из-за различных фазовых сдвигов, для каждой из спектральных составляющих, что отражается в отличии фазовой характеристики от прямой линии. Фазовые искажения также линейные.

 

При прохождении сигнала через усилитель возможны нелинейные искажения, связанные с наличием в схеме усилителя нелинейных элементов (БПТ, ПТ, диоды, электронные лампы). Динамическая характеристика усилительного элемента линейна с определенной степенью точности, поэтому можно рассматривать усилитель как линейный преобразователь, да и то в пределах ограниченных значений входного сигнала. Из-за нелинейности характеристики входной сигнал с достаточно большим значением амплитуды будет приводить к нелинейным искажениям, т.е. преобразование будет нелинейным.

Пример: гармонический сигнал с достаточно большой амплитудой, спектр у него монохроматический, преобразование – нелинейное, выходной сигнал – не гармонический и в спектре уже несколько спектральных составляющих.

В результате нелинейного преобразования происходит обогащение спектра. Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник.

 

- коэффициент гармоник.

Номинальная выходная мощность – мощность выходного сигнала, обеспечиваемая усилителем при заданном коэффициенте нелинейного искажения.

Усилитель характеризуется амплитудной характеристикой – зависимость модуля выходного напряжения от модуля входного на средней частоте для синусоидального сигнала. Она не учитывает параметры источника сигнала. Однако может быть сквозная амплитудная характеристика, которая зависит от eu. Обе измеряются для номинального Rн.

Подавать Uвх<Uвхmin=Uвхшума нецелесообразно, т.к. сигнал будет маскироваться шумами.

Существует оценка усилителя – динамический диапазон.

Динамический диапазон усилителя должен быть больше динамического диапазона сигнала.

Uвхномин. – входное напряжение, при котором на выходе усилителя, при номинальном Rн, выделяется номинальная мощность усиленного сигнала.







Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.3.228.47 (0.013 с.)