Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
|
U 2 |
|
U 2 ... |
U 2 |
|
|
||||
Kr |
|
2m |
|
3m |
|
nm |
100% или |
|||
|
|
|
|
U1m |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
I 2 |
I |
2 |
... I 2 |
|
|
||
Kr |
|
|
2m |
|
3m |
nm |
|
100% , |
||
|
|
|
|
I1m |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где I1m, I2m,... и U1m, U2m,... - амплитуды гармоник токов и напряжений выходного сигнала.
Рис. 2.23
Предполагается, что входной синусоидальный сигнал содержит единственную гармонику - первую.
Основной задачей при построении и регулировании усилителей является уменьшение нелинейных искажение.
д) Амплитудная характеристика, динамический диапазон, КПД усилителя.
Амплитудная характеристика (АХ) - зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного Um вых=f (Umвх) (рис. 2.23) - позволяет оценивать линейность усилителя.
АХ снимается при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала частотой ω, лежащей в полосе пропускания усилителя. Реальные АХ нелинейны, что проявляется при малых и больших уровнях входного сигнала. Начальный нелинейный участок АХ обусловлен собственными шумами усилителя и наводками, которые приводят к появлению напряжения на выходе усилителя даже при отсутствии входного сигнала. При больших амплитудах вход-
133
ного сигнала начинает сказываться нелинейность ВАХ активных приборов, из - за чего падает средняя крутизна и уменьшается усиление.
В усилителях мощности под АХ понимается зависимость выходной мощности от входной Рвых=f(Рвх) (рис. 2.24)
Рис. 2.24
или зависимость коэффициента передачи Кр (в децибелах) от входной мощности Рвх (рис. 2.25)
Рис. 2.25
Причем, количественно мера нелинейности оценивается как относительное отклонение АХ от линейной характеристики:
P |
K p |
|
|
вых |
100% или |
|
100% |
|
|
||
Pвх.max |
Pвх. max |
|
|
В случае линейной АХ коэффициент усиления не зависит от амплитуды входного сигнала и может быть определен как тангенс угла наклона АХ к оси абсцисс (см.рис. 2.23).
Динамический диапазон усилителя оценивается по Umвх max и
Umвх. min (см.рис. 2.23).
134
ДU m.вx.max
уU m.вx.min
Впределах динамического диапазона усилитель рассматривается как линейное устройство. В усилителях мощности динами-
ческий диапазон определяется с помощью характеристики Кр=f(Pвх)
(рис. 2.25).
Выходная мощность Рвых.max, соответствующая уменьшению усиления на 1дБ, называется верхней границей линейности АХ.
Отношение мощности Рвых.max к выходной мощности собственных шумов Рвых на выходе усилителя мощности принимается за динамический диапазон, который в дБ находится по формуле:
Д |
|
10 lg |
Pвых.max |
(дБ) |
|
у |
Pвых.шумов |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
Коэффициент полезного действия мощных выходных усилителей определяется как отношение мощности Рвых - полезного сигнала на выходной нагрузке усилителя Rн к мощности Ро, потребляемая от источника питания:
Pвых
P0
е) Входное и выходное сопротивление.
Знание входных и выходных сопротивлений (проводимостей) Rвх и Rвых, Yвх и Yвых позволяет правильно согласовывать усилитель с источником сигнала и последующим каскадом.
Входное сопротивление Rвх усилителя является нагрузкой для источника сигнала, поэтому от его величины зависит мощность, потребляемая усилителем от источника сигнала. Под Rвх понимается сопротивление между входными клеммами при подключенной нагрузке на выходе усилителя:
Rвх |
Um.вx |
|
Im.вх |
||
|
135
Выходным сопротивлением усилителя Rвых называют сопротивление между выходными клеммами при подключенном источнике сигнала на входе усилителя:
Rвых |
Um.вых |
|
Im.вых |
||
|
Проводимости и сопротивления связаны соотношениями
Yвх |
1 |
и Yвых |
1 |
|
|
|
|||
Rвх |
Rвых |
|||
|
|
Помимо названных параметров и характеристик, существует и ряд других: устойчивость, стабильность, коэффициент шума, шумовая температура, конструктивные и эксплуатационные характеристики усилительных устройств.
2.2.2. Обратная связь и ее влияние на характеристики усилителей
Обратная связь является одним из фундаментальных понятий в жизни. Чтобы точно выполнить то или иное действие, мы должны иметь возможность видеть что делается и постоянно вносить небольшие поправки по мере того, как это оказывается необходимым. В действительности, берется результат действия (с выхода) и возвращается обратно (на вход) к мысленному намерению так, чтобы результат действия точно соответствовал намерению.
Обратной связью (ОС) в усилителях называется подача части мощности сигнала с выхода усилительного устройства на его вход для изменения основных показателей усилителя.
Эта подача осуществляется через цепь обратной связи (ЦОС или β-цепь) (рис. 2.26)
Различают три возможных случая появления обратной связи в усилительных устройствах:
-внешняя ОС – специально введенная;
-внутренняя ОС – вызванная влиянием выходных величин на входные;
136
- паразитная ОС – вызвана влиянием проводов и элементов схемы.
Внутренние и паразитные обратные связи стремятся свести к минимуму.
Часть усилителя, охваченная ОС, вместе с ЦОС называется петлей обратной связи (рис. 2.26)
Рис. 2.26
Результирующий сигнал на входе получается сложением сигналов от источника (ИС) и от ЦОС, причем связь называется положительной, если фазы этих сигналов совпадают и, например, входное напряжение Uвх увеличивается, и отрицательной – если их фазы противоположны и Uвх уменьшается.
В зависимости от частотных свойств цепи обратной связи различают:
-связь по переменному току (сигналу), которая может быть час- тотно-независимой и частотно-зависимой (т.е. с реактивным сопротивлением в ЦОС);
-связь по постоянному току, которая стабилизирует исходный режим транзисторов;
-связь по постоянному и переменному току одновременно.
По способу снятия сигнала с выхода (иначе, по способу подключения ЦОС к выходу усилителя) различают три вида схем:
-обратная связь по напряжению, при которой напряжение ОС Uос пропорционально выходному напряжению Uвых (рис. 2.27). Обычно ЦОС выполняется в виде делителя напряжения R1 – R2, подключенного параллельно нагрузке.
137