Тема 4.1 Основные показатели и характеристики усилителей

Виды источников сигнала и нагрузок. Входные и выходные показатели усилителя. Полоса пропускаемых частот. Коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности. КПД усилителя.

Обычно усилитель рассчитывают на работу от определенного источника сигнала.

В конспект необходимо занести входные и выходные показатели усилителя.

Под чувствительностью усилителя следует понимать минимальное напряжение сигнала на входе, при котором на его выходе появляется сигнал с заданными выходными параметрами.

Диапазоном рабочих частот (полосой пропускаемых частот) называют полосу рабочих частот от низшей f_н до высшей f_в частоты.

С расширением рабочего диапазона частот усложняется его конструкция и возрастает стоимость усилителя. Поэтому на практике полосу пропускаемых частот сужают до минимальных пределов, обеспечивающих необходимое качество работы усилителя.

Основным показателем усиления является коэффициент усиления. Различают коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности.

Коэффициенты усиления выражают в относительных и логарифмических единицах (децибелах).

Показателем экономичности служит коэффициент полезного действия (КПД).

Частотные и фазовые искажения. Причины искажений. Идеальные и реальные амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики. Оценка частотных и фазовых искажений.

Наличие в схеме усиления линейных элементов емкостей и индуктивностей приводит к появлению искажений формы выходного сигнала (линейным искажениям).

Известно, что реактивные сопротивления емкости и индуктивности изменяются по величине при изменении частот (XL=2 fL и XC=1/2 fC) и вызывают в электрических цепях фазовые сдвиги.

Искажения формы выходного сигнала, вызываемые неодинаковым усилением различных частот, называются частотными искажениями, искажения формы выходного сигнала, обусловленные фазовыми сдвигами между входным и выходным напряжениями, называются фазовыми искажениями. Частотные искажения оценивают по частотной характеристике усилителя.

Идеальной частотной характеристикой, при которой усилитель не вносит искажений, является прямая линия, параллельная оси частот. Прямая частотная характеристика неравномерна лишь на краях рабочего диапазона частот.

Поэтому целесообразно весь интервал f_н…f_в разделить на три части и ввести понятие области средних, низших и высших частот.

В области средних частот усиление равномерное и искажения отсутствуют, в области НЧ и ВЧ они имеют место.

Частотные искажения оценивают коэффициентом частотных искажений (M) и относительным усилением Y=1 / M.

В техническом задании на проектирование усилителей номеруются коэффициенты частотных искажений на краях рабочей полосы частот M_н=K_cp/K_н и M_в=K_cp/K_в вотносительных единицах или децибелах. Допустимые для усилителей звуковых частот среднего качества частотные искажения порядка 2-4 дБ.

Для практических расчетов и анализа усилителей пользуются приведенными частотными характеристиками, у которых по вертикальной оси откладывают относительное усиление (Y) в линейном масштабе, а по горизонтали – частоту в логарифмическом масштабе.

Фазовые искажения оценивают по фазовой характеристике. Фазовые искажения отсутствуют, если вносимый усилителем угол сдвига фаз нарастает пропорционально частоте. В этом случае фазовая характеристика – прямая линия, проходящая под любым углом через начало координат. Исследования показали, что сдвиг фазы гармонических составляющих периодичного сигнала, каким является звуковой сигнал, на слух не ощущается. Поэтому в усилителях звуковых частот фазовые искажения не нормируются. В видеоусилителях и усилителях осциллоскопов фазовые искажения приводят к искажениям изображения на экране. Однако ввиду тесной связи фазовой характеристики и частотной в этих усилителях редко пользуются фазовой характеристикой. Обеспечив заданную частотную характеристику, обычно удается получить и фазовые искажения в допустимых пределах. Поэтому фазовые характеристики в основном используют для усилителей с обратной связью при определении устойчивости усилителя.

Амплитудная характеристика усилителя. Динамический диапазон усилителя. Шумы в усилителях. Коэффициент шума. Отношение сигнал-шум.

Напряжение сигнала, подводимого ко входу усилителя, не остается постоянной величиной, а изменяется от U _{c min} до U _{c max} измеряемых в дБ, D _c=20lg(U _cmax/ U _{c min}).

Отношения U c max/ U c min называется динамическим диапазоном сигнала.

Чтобы при усилении минимального и максимального сигналов не возникали чрезмерные искажения, динамический диапазон усилителя D ус должен быть не меньше D с, т.е. должно выполняться следующее условие: D ус≥ D с.

Динамический диапазон усиления оценивается по амплитудной характеристике.

Следует знать причины ограничения сигнала на входе усилителя. Изучите причины шумов усилительных устройств и уясните, что, в конечном счете, уровень собственных шумов правильно сконструированного усилителя определяется тепловыми шумами первого усилительного элемента.

С целью повышения чувствительности усилителей в них используют специальные типы малошумящих транзисторов и ламп.

В зависимости от назначения усилителей устанавливают определенные нормы на отношение сигнал-шум.

Дата добавления: 2015-06-27