Переходная характеристика

Об искажениях усиливаемого импульсного сигнала (например, в видеоусилителях) можно судить по переходной характеристике усилителя. Переходной характеристикой усилителя называют реакцию усилителя на входное воздействие в виде единичного скачка (ступеньки) тока или напряжения:

0,9   0,1

t _0,1 t _0,9

Выброс d

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAUQ2V7McA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWvCQBSE74X+h+UVvEjdNEiwqauEgthaPBjb+yP7 mg1m34bsauK/d4VCj8PMfMMs16NtxYV63zhW8DJLQBBXTjdcK/g+bp4XIHxA1tg6JgVX8rBePT4s Mddu4ANdylCLCGGfowITQpdL6StDFv3MdcTR+3W9xRBlX0vd4xDhtpVpkmTSYsNxwWBH74aqU3m2 CtLd/msYjj9ZUU5PxXaXXaefplFq8jQWbyACjeE//Nf+0Armr/MU7m/iE5CrGwAAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hh cGV4bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAFENlezHAAAA3QAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRy cy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACMAwAAAAA= " adj="38390,-24608,31053,8203,23829,8203">

Спад D

t

h(t)

Рисунок 2.4 - Переходная характеристика усилителя  

t _ф

малы е большие времена

Переходная характеристика усилителя приведена на рисунке2.4.

Искажение переходной характеристики оценивают следующими параметрами:

1) временем нарастания фронта определяемое как время, в течение которого выходной импульс нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 от установившегося значения

2) относительным выбросом фронта импульса представляющий собой превышение выходного сигнала над его установившимся значением;

3) относительным спадом плоской вершины выходного импульса за время действия входного импульса прямоугольной формы длительностью .

Рисунок 2.5 – Амплитудная характеристика усилителя

Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называют - зависимость амплитудного (или действующего) значения выходного напряжения от амплитудного (или действующего) значения входного напряжения при воздействии на вход усилителя гармони­ческого колебания постоянной частоты. Реальная АХ усилителя при­ведена на рисунке 2.5.

Динамический диапазон усилителя - это отношение максимального значения напряжения к минимальному(на входе или выходе)

D _y= U _{вх макс}/ U _{вх. мин} = U _вх.ном/ U _{вх. мин}; D _y[дБ]=20 lgD _y.

Динамический диапазон показывает способность усилителя усиливать слабые и мощные сигналы без искажения.

В настоящее время для лучших усилителей D_y 120 дБ.

Нелинейные искажения.

Изменения формы сигнала, обуслов­ленные нелинейностью характеристик элементов усилителя, называют нелинейными искажениями. Нелинейные искажения в усилителях в первую очередь связаны с нелинейностью вольт-амперных характе­ристик УЭ и диодов, особенно в оконечных (выходных) каскадах. В меньшей мере сказывается нелинейность характеристик намагничивания сердечников трансформаторов и дросселей.

Нелинейность усилителя гар­монических сигналов оцени­вается по коэффициенту гармоник k_г – отношение усредненной квадратичной суммы высших гармоник к первой гармонике.

где I_n — действующие значения соответствующих гармоник тока; U_mn — амплитудные значения соответствующих гармоник напря­жения; как правило, гармоники выше четвертой не учитываются из-за малости их амплитуды.

Допустимые значения коэффициента гармоник k _г в усилителях звуковых частот составляют . Для усилителей среднего качества в бытовой аппаратуре, k_r = 3 4%.

Собственные шумы

Собственные шумы усилителя состоят в основном из шумов усилительных элементов,обусловленных происходящим в этих приборах процессом движения дискретных электрических зарядов. Составляющими собственных шумов транзистора являются тепловые, дробовые, и избыточные шумы.

Наибольшее значение шума имеют электронные лампы, наименьшее – полевые транзисторы.

Шум транзисторов зависит от режима работы и температуры. Наименьшее значение шума биполярных транзисторов получается при малых напряжениях на коллекторе и малом коллекторном токе Iк=0,5 … 1мА. Наименьшее значения шума полевых транзисторов оказывается при работе с большой крутизной (малым смещением на затворе) и небольшом напряжении на стоке. Увеличение температуры приводит к увеличению шума.

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 U_{вx min} ≥ 1,2U_ш.

Коэффициент шума

Шумовые свойства транзисторов оценивают коэффициентом шума Кш. Коэффициентом шума называется отношения полной мощности шумов в выходном нагрузочном сопротивлении к той его части, которая вызвана тепловыми шумами внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент шума показывает, во сколько раз ухудшается отношения сигнала к шуму при прохождения сигнала через транзистор:

Кш =

где Рвх и Рвых – входная и выходная мощности полезного сигнала; Ршт – мощность тепловых шумов на входе, которая определяется термическими шумами сопротивления источника сигнала Rr; Pш полн- полная мощность шума на выходе.

Наименьший коэффициент шума биполярных транзисторов получается при сопротивлении генератора Rr= 0,5… 2,0 кОм. Коэффициент шума биполярных транзисторов составляет 3… 20 дБ, полевых 0,2… 5 дБ.

Для оценки высококачественных усилителей используют отношение сигнал-шум. В усилителях высшего класса С/Ш = 60-100 дБ.

Выводы:1.Основными показателями усилителя являются: входные и выходные величины; коэффициент полезного действия усилителя; коэффициенты усиления усилителя, полоса пропускания частот; линейные и нелинейные искажения: динамический диапазон и собственные шумы усилителя.2.Коэффициент усиления усилителя показывает, во сколько раз выходное напряжение, ток или мощность больше входного напряжения, тока или мощности. В соответствии с этим различают коэффициент усиления по напряжению, току или мощности. 3. Линейные искажения обусловлены наличием реактивных элементов схемы и разделяются на частотные и фазовые. Оценка частотных искажений осуществляется по коэффициенту частотных искажений, оценка фазовых искажений – по отклонению фазовой характеристики усилителя по сравнению со входным.4. Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью вольт-амперной характеристики усилительного элемента. Оценка нелинейных искажений усилителя гармонических колебаний производится по коэффициенту нелинейных искажений (гармоник).Наличие нелинейных искажений приводит к появлению высших гармоник и комбинационных частот, а следовательно,к искажению формы выходного сигнала по сравнению с входным. 5. В импульсных усилителях нелинейность приводит к искажению ступенчатого напряжения прямоугольной формы и выходного импульса при подаче на вход сигнала непрямоугольной формы.

Контрольные вопросы:

1. Приведите классификацию усилителей напряжения.

2. Какие вы еще знаете примеры, где необходимо усиливать

электрические сигналы, кроме перечисленных в пособии?

3. Какова роль источника питания,усилительного элемента в процессе усиления сигналов?

4. Назовите причины нестабильности.

5. Назовите основные показатели усилителя.

6. Назовите параметры, оценивающие частотные и нелинейные искажения.

7. Как возникают фазовые искажения и как их оценивают?

8. Какими факторами ограничивается динамический диапазон?

9. Чем обусловлены переходные процессы в усилителе?

Дата добавления: 2014-11-16