Нелинейные искажения

Собственные помехи в усилителях. Шумы. Динамический диапазон.

Сигнал, действующий на входе усилителя, не постоянен по амплитуде, меняется в течение периода от своего минимального значения до максимального. Его удобно характеризовать динамическим диапазоном сигнала: Uс max

Dс = -------------

Uc min

Где, Uс max – максимальное напряжение сигнала; Uс min – минимальное напряжение сигнала.

Усилитель, принимающий сигнал, должен иметь свой динамический диапазон:

Uвх max

Dус = ------------------

Uвх min

Где, Uвх max – максимальное входное напряжение; Uвх min – минимальное входное напряжение.

Чтобы усиление сигнала было без заметных искажений, должно соблюдаться следующее неравенство Dус > Dс, то есть динамический диапазон усилителя должен быть больше или равен динамическому диапазону сигнала..

От чего зависит Dус можно оценить по амплитудной характеристике усилителя (АХ), представляющей зависимость выходного напряжения сигнала усилителя от входного напряжения сигнала.

Uш – уровень собственных шумов усилителя. Если бы усилитель не шумел, то его АХ начиналась бы от 0 и Uвх min = 0. Но в усилителе есть собственные шумы, которые складываются из шумов усилительных элементов, тепловых шумов резисторов и так далее. Уровень собственных шумов усилителя определяется в основном шумами первого каскада. Поэтому снижать уровень шумов, повышать чувствительность усилителя и улучшать соотношение сигнал/шум надо в первом каскаде усилителя.

Из-за наличия напряжения собственных шумов усилителя входной минимальный сигнал его должен быть больше Uш, то есть Uвх min = (1,1 – 1,2) Uш, иначе выходной сигнал не будет слышен на фоне шума.

Максимальный входной сигнал определяется допустимыми токами и напряжениями для данного усилительного элемента.

Нелинейные искажения – искажения формы выходного сигнала, обусловленные нелинейностью характеристик входных и выходных усилительных элементов. В результате нелинейных искажений (НИ) в выходном сигнале появляются дополнительные гармонические составляющие, отсутствующие в сигнале на входе и искажающие форму выходного сигнала:

Чтобы оценить нелинейные искажения, надо знать уровень дополнительных гармонических составляющих и рассчитать коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник):

I2m + I3m + I4m

Кг = ------------------------------

I1m

Где I1m, I2m, I3m, I4m – гармонические составляющие сигнала первого, второго, третьего и четвертого порядка.

Кг измеряется в % и его допустимая величина зависит от назначения усилителя.

На величину нелинейных искажений влияют:

- нелинейность характеристик усилительных элементов;

- положение точки покоя на характеристиках;

- амплитуда входного сигнала.

Чем больше амплитуда входного сигнала, тем больше нелинейные искажения. Если рассматривать весь усилитель в целом, то нелинейные искажения могут возникать только в КПУ, ПОК, ОК, но наибольшее искажение сигнала будет на выходе ОК, а в усилителях большой мощности и в ПОК.

Таким образом в каскадах предварительного усиления НИ будут возникать в ОК и реже в ОК и ПОК. В каскадах ПОК НИ не принимают во внимание.

Дата добавления: 2014-01-06