Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Частотна і фазова характеристики підсилювача

При підсиленні сигналів підсилювач змінює їх форму. Відхилення форми вихідного сигналу від форми вхідного сигналу називають спотвореннями. Наявність в схемі підсилювача реактивних опорі, значення яких залежить від частоти і проводить до зміни форми складного гармонічного сигналу на виході лінійного підсилювача за двома основними причинами:

· гармонічні складові складного вхідного сигналу підсилюються неоднаково, тобто це означає, що коефіцієнт підсилення підсилювача неоднаковий на різних частотах;

· гармонічні складові складного вхідного сигналу при підсиленні зсуваються на різні відрізки часу, тобто фазові зсуви, які вносяться підсилювачем змінюють взаємне розташування гармонічних складових у вихідному сигналі.

Спотворення форми вихідного сигналу, яке викликане неоднаковим підсиленням різних частот, називають частотними спотвореннями, а спотворення форми вихідного сигналу, які викликані фазовими зсувами, які вносяться підсилювачем, називають фазовими спотвореннями.

Частотні і фазові спотворення деколи називають лінійними спотворенням, оскільки їх виникнення зв’язано з лінійними елементами електричного кола.

Частотні спотворення оцінюють за його частотною характеристикою, яка є залежністю модуля коефіцієнта підсилення від частоти. Частотну характеристику будують в прямокутній системі координат на вертикальній осі відкладають значення К_u в лінійному масштабі в відносних або логарифмічних одиницях, а на горизонтальній осі – частоту в герцах в лінійному або логарифмічному масштабі.

Діапазоном робочих частот підсилювача гармонічних сигналів називають смугу частот від нижньої до верхньої робочої частоти в межах якої модуль коефіцієнта підсилення, а іноді і фаза не повинні виходити за межі заданих допусків.

Рис.1.2. Частотна характеристика підсилювача

Частотні спотворення, які вносяться підсилювачем, оцінюються нерівномірністю його частотної характеристики в діапазоні робочих частот. Ідеальною частотною характеристикою, при якій підсилювач не вносить частотних спотворень, є пряма, яка проходить паралельно осі абсцис.

Частотні спотворення, які вносить підсилювач на певній частоті, оцінюються відносним підсиленням, який дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення на заданій частоті до коефіцієнта підсилення на середній частоті

В розрахунках більш вигідно використовувати зворотну величину, яку називають коефіцієнтом частотних спотворень і позначають літерою М

Відносне підсилення і коефіцієнт частотних спотворень можуть бути відображені як у відносних, так і у логарифмічних одиницях. Для переведення їх з відносних значень в децибели і навпаки використовуються наступні вирази

Фазові спотворення, які вносяться підсилювачем, оцінюються за його фазовою характеристикою, яка є залежністю кута зсуву між вихідною і вхідною напругами підсилювача від частоти. Фазову характеристику будують окремо для області нижніх і окремо для області верхніх частот.

Рис.1.3. Фазова характеристика підсилювача

Умовою неспотвореного підсилення сигналу є пропорційність фазового зсуву, який вноситься підсилювачем, частоті підсиленого сигналу, тому ідеальною фазовою характеристикою підсилювача є пряма 2, яка проходить через початок координат.

Фазові спотворення підсилювача на верхніх частотах оцінюються як різниця ординат фазової характеристики і дотичної до неї, яка проходить через початок координат.

В області нижніх частот ідеальна фазова характеристика майже збігається з віссю абсцис і фазові спотворення практично дорівнюють куту фазового зсуву, який вноситься підсилювачем.

Амплітудна характеристика підсилювача – це залежність амплітуди вихідної напруги підсилювача від амплітуди його вхідної напруги на деякій сталій частоті.

Рис.1.4. Амплітудна характеристика підсилювача

Коли значення вхідної напруги малі, то амплітудна характеристика проходить не через початок координат, а визначається рівнем власних шумів підсилювача і завадами. Власні шуми підсилювача зумовлені в основному шумами його активних і пасивних елементів, а також неоднорідністю структури матеріалів елементів і нестабільністю електричних процесів у часі.

При великих значеннях вхідних напруг пропорційність між порушується за рахунок порушення пропорційності між вхідним і вихідним струмами.

Таким чином, властивість підсилювача підсилювати максимальне і мінімальне значення вхідної напруги відображає один з важливих показників підсилювача, який називається динамічним діапазоном.

де і – вхідні напруги, при яких спотворення підсиленого сигналу і його виділення на фоні шумів знаходяться в допустимих межах.

Динамічний діапазон часто нормують в логарифмічних одиницях, в децибелах

Нелінійні спотворення зумовлені також нелінійністю вхідної характеристики транзистора, оскільки вхідний і вихідний струми несинусоїдальні при чисто синусоїдальній вхідній напрузі.

Нелінійні спотворення підсилювача оцінюються коефіцієнтом нелінійних спотворень (коефіцієнтом гармонік або клірінг фактором), який дорівнює кореню квадратному з відношення потужності, яка виділяється на навантажені вищими гармонічними складовими сигналу, які викликають спотворення, до потужності, яка визначається основною корисною гармонікою

Деколи визначають нелінійних спотворень для певної гармоніки вихідного сигналу

; ;…………….. .

В цьому випадку сумарний коефіцієнт гармонік визначається таким виразом

Перехідна характеристика підсилювача це залежність миттєвого значення вихідної напруги при стрибкоподібній зміні вхідної напруги. Ця характеристика використовується для оцінювання лінійних спотворень, які вносяться підсилювачем при підсиленні імпульсних сигналів. Причиною виникнення перехідних спотворень є наявність реактивних елементів підсилювача, а також зміна енергії в електричних і магнітних полях, які не можуть відбуватися миттєво. Таким чином, перехідні спотворення є наслідком перехідних процесів, які відбуваються в підсилювачі при швидких змінах вхідного сигналу.

Рис.1.5. Перехідна характеристика підсилювача

Рис.1.6. Перехідна характеристика підсилювача в області малих часів

Основні параметри перехідної характеристики в області малих часів – це час встановлення і відносний викид імпульсу .

Розклад стрибка напруги на вході підсилювача в ряд Фур’є дає нескінченну кількість гармонічних складових, тому підсилювач, який забезпечує рівномірне підсилення широкого спектру частот, є якісним імпульсним підсилювачем, оскільки лінійні спотворення зумовлені зменшенням підсилення на границях смуги пропускання.

Для забезпечення передачі фронту вхідного імпульсу з малими спотвореннями (область малих часів) необхідно розширяти смугу пропускання підсилювача в області високих частот, яка може досягати одиниць мегагерц.

Для неспотвореної передачі вершини імпульсу (область великих часів) смуга пропускання підсилювача повинна бути такою, як в підсилювача постійного струму в області низьких частот. В області великих часів перехідна характеристика (рис.1.7.) нормується відносним спадом вершини .

Рис.1.7. Перехідна характеристика підсилювача в області великих часів

Таким чином, перехідна характеристика дозволяє мати думку про можливість підсилення сигналів різної тривалості. Спотворення імпульсу вважається допустимим, якщо час встановлення перехідної характеристики зв’язаний з тривалістю імпульсу наступним співвідношенням .

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒