Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

Для усиления сигналов без искажений динамический диапазон усилителя должен быть больше или хотя бы равен динамическому диапазону сигнала:

DУ ≥DC .

1.4.9. Нелинейные искажения

Нелинейные искажения проявляются на выходе усилителя в виде изменения формы усиливаемого сигнала. Возникают нелинейные искажения из-за нелинейности вольт-амперных характеристик усилительных элементов. Кроме усилительных элементов источниками нелинейных искажений могут являться трансформаторы или катушки индуктивности с магнитными сердечниками. Величина нелинейных искажений зависит от уровня сигнала, приложенного к нелинейному элементу. Так, например, транзистор в усилительном каскаде при малых уровнях входного сигнала может рассматриваться как линейный. Однако с увеличением амплитуды входного гармонического сигнала зависимость коллекторного тока от напряжения на базе приобретает экспоненциальный характер и форма коллекторного тока начинает все больше отличаться от гармонической. При этом в спектре коллекторного тока появляются составляющие с частотой, кратной частоте входного сигнала, называемые гармониками основного сигнала. Количество гармоник и их амплитуда возрастают по мере увеличения амплитуды сигнала на входе транзистора.

Количественно уровень нелинейных искажений усилителей гармонических сигналов оценивается с помощью коэффициента гармоник или коэффициента нелинейных искажений kГ, который определяется как отношение корня квадратного из суммы квадратов амплитуд напряжения или тока всех высших гармоник выходного сигнала к амплитуде напряжения или тока основной частоты:

где U2,2f , U2,3f , U2,nf – напряжения второй, третьей, n-й гармоник на выходе уси-

36

лителя;

U2,f – напряжение первой гармоники на выходе усилителя.

1.4.10. Потребляемая мощность и коэффициент полезного действия

Обычно для питания усилителя могут использоваться несколько источников. Так, например, в мощных усилителях (от нескольких ват и выше) каскады предварительного усиления и каскады усиления мощности, как правило, питаются от разных источников. При определении потребляемой усилителем мощности учитывают мощность, потребляемую от всех источников питания. Величина полезной мощности в нагрузке существенно влияет на величину потребляемой мощности, поэтому последняя измеряется в режиме, когда усилитель отдает в нагрузку выходную мощность, равную расчетной.

Коэффициент полезного действия показывает, какая часть потребляе-

мой от источника питания мощности превращается в полезную мощность на выходе усилителя. Он определяется как отношение полезной мощности в нагрузке к мощности, потребляемой от источника питания:

2.УСИЛИТЕЛЬ (АЭУ) КАК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК

2.1.Основные определения

2.1.1.Четырехполюсники, их параметры и эквивалентные схемы

АЭУ, используемые в технике передачи и обработки информации, всегда выступают в роли функционального звена, связывающего источник сигнала (генератор) и нагрузку. Подобные устройства получили названия четырехполюсников в связи с тем, что они характеризуются наличием двух пар зажимов (рис. 2.1), одна из которых предназначена для связи с источником сигнала, вторая - для связи с нагрузкой.

37

Различают линейные и нелинейные четырехполюсники, четырехполюсники пассивные и активные. Согласно определению, данному в первом разделе, усилители могут представляться как активные четырехполюсники с управляемыми источниками. При этом, смотря по тому, в каком режиме работает усилительный элемент, усилитель может рассматриваться как линейный или как не-

жимах и токами, которые проходят через эти зажимы. Соотношения, связывающие

комплексные амплитуды напряжений и токов на двух парах зажимов четырех-

полюсника, называются уравнениями передачи четырехполюсника.

В усилительной технике наибольшее распространение получили системы уравнений (2.1), называемые соответственно Y-, Z-, H- и К-системами параметров четырехполюсника. Коэффициенты уравнений (2.1) называются параметрами четырехполюсника и определяются исключительно его схемой и значениями элементов и не зависят от внешних цепей, включенных на входе и выходе четырехполюсника.

Каждый из параметров можно определить, создавая на входе или на выходе четырехполюсника такой режим, при котором один из членов в правой части уравнений (2.1) превращается в ноль. Так, если в четырехполюснике, описываемом системой Y-параметров, обеспечить режим короткого замыкания на его выходе, при котором U2 равно нулю, то

Y11 = &I&1 - входная проводимость четырехполюсника, измеренная в ре- U1

38

жиме короткого замыкания на его выходе (U2 = 0);

кого замыкания на его выходе (U2 = 0).

Для определения параметров Y12 и Y22 необходимо обеспечить режим короткого замыкания на входе четырехполюсника:

режиме короткого замыкания на его входе (U1 = 0).

Для системы H-параметров таким же образом получим

H11 = U&&1 - входное сопротивление, измеренное в режиме короткого за- I1

мыкания на выходе (U2 = 0);

H12 = U&& 1 - коэффициент обратной передачи, измеренный в режиме хо-

U2

лостого хода на входе (I1 = 0);

H21 = &I2 - коэффициент прямой передачи по току, измеренный в режиме

&I1

короткого замыкания на выходе (U2 = 0);

режиме холостого хода на его входе (I1 = 0).

При желании таким же образом могут быть определены параметры для Z- и K-систем.

39