Амплитудных искажений

Местные ОС наибольшей глубины обычно предусматривают в выходных каскадах для линеаризации их амплитудных характеристик; введение же общих обратных связей более эффективно, однако часто затруднено из-за частотных искажений и фазовых сдвигов. В многокаскадных усилителях, обладающих большим количеством реактивных элементов, на некоторых частотах возможен поворот фазы напряжения обратной связи более чем на 180 ° по отношению к входному сигналу. В этом случае отрицательная ОС переходит в положительную, а вся система самовозбуждается и начинает генерировать незатухающие колебания. Причиной такого же самовозбуждения могут оказаться также паразитные обратные связи как за счет непостоянства уровня питания, так и вследствие электростатических или электромагнитных наводок различных ЭДС на входные цепи усилителя.

Очевидно, чем больше постоянная составляющая t/0 и чем меньше амплитуда переменной составляющей Д?/, тем меньше их отношение и тем меньше влияние нелинейности амплитудной характеристики. Подобный метод линеаризации нелинейных амплитудных характеристик широко применяется в радиоэлектронике при построении усилительных устройств на электронных лампах, биполярных и полевых транзисторах и т. д. Во всех этих элементах рабочий линейный режим обеспечивается подачей на управляющие электроды напряжения усиливаемого входного сигнала и постоянного напряжения, называемого напряжением смещения.

Из этого следует, что в усилителях должны использоваться линейные безынерционные элементы. Однако все активные элементы (интегральные микросхемы, биполярные и полевые транзисторы, туннельные диоды и т. д.) являются в целом нелинейными элементами и линейны лишь на ограниченных участках амплитудных характеристик, а их усилительные свойства зависят от частоты управляющего сигнала, что обусловлено инерционностью происходящих в них процессов, а также наличием междуэлектродных емкостей и индуктивностей электродов и подводящих проводов. И наконец, параметры сопротивлений нагрузки и согласующе-разделительных пассивных элементов в схемах усилителей зависят от частоты. Вследствие этих причин при усилении сигналов неизбежно происходят нелинейные, частотные и фазовые искажения их спектра, которые могут быть сведены в каждом конкретном случае к минимальному допустимому значению.

На 25-4 показан вид резонансных характеристик обеих колебательных систем: на 25-4, а — амплитудно-частотных, а на 25-4, б — фазо-частотных (масштаб по оси частот логарифмический). Кривые ) относятся к току в индуктивности и к перемещению массы, кривые 2 — к напряжению на контуре и скорости механической системы, кривые 3 — к емкостному току и ускорению механической системы. Форма всех фазовых характеристик и амплитудной характеристики 2 соответствует добротности порядка 5. Из кривых видно, что максимумы амплитудных характеристик / и 3 несколько смещены относительно собственной частоты. Для соответствующих им круговых частот (% и ш3 нетрудно получить выражения:

Электронно-лучевые осциллографы применяются также для измерения напряжения, временных интервалов и длительности сигналов, частоты и фазового сдвига, параметров модулированных сигналов и многих физических величин, преобразованных в электрические сигналы. На базе осциллографа созданы приборы для измерения переходных, частотных и амплитудных характеристик различных электро- и радиотехнических устройств. Широкое распространение электронно-лучевых осциллографов обусловлено возможностью их использования в полосе частот от нуля до десятков гигагерц, в пределах напряжений сигнала от долей милливольта до сотен вольт при длительностях от единиц наносекунд до нескольких секунд.

Применение логарифмических амплитудных характеристик целесообразно, во-первых, когда передаточные функции сильно изменяются (в десятки и сотни раз) в зависимости от частоты, во-вторых, когда ряд четырехполюсников соединяется каскадно, так как в этом случае коэффициенты передачи напряжения надо перемножать, а их логарифмы складывать, что удобнее. Логарифмический масштаб уже применялся при рассмотрении характеристических параметров четырехполюсника (см. § 17.4). Там было показано, что характеристические постоянные передачи и характеристические затухания при каскадном соединении четырехполюсников складываются. Поэтому в системах проводной связи применение логарифмического масштаба является обычным. Их применяют и при введении рабочих параметров. Наиболее важным из «логарифмических» параметров является рабочее затухание четырехполюсника.

ной обратной связью можно сделать вывод о возможности самовозбуждения, т. е. о возможности превращения усилителя в источник электрических колебаний — генератор. Частота колебаний в системе определяется зависимостью К и р1 от частоты в условиях (9.1) и, так как зависимость фазовых сдвигов от частоты обычно гораздо резче, чем зависимость амплитудных характеристик, — в основном вторым условием из (9.2). Что же касается амплитуды колебаний, устанавливающихся в системе, то о ней на основании

120. Схема снятия амплитудных характеристик (а) и амплитудные характеристики ОУ (б)

Амплитудные характеристики ОУ снимают для инвертирующего и неинвертирующего входов. Схема снятия амплитудных -характеристик ОУ для неинвертирующего входа показана на 120, а. Напряжение входного сигнала {7ВХ определяется положением движка потенциометра R2, потенциал средней точки которого подбором сопротивлений резисторов R1 и R3 устанавливается равным нулю. Полный интервал регулирования входного сигнала лежит в пределах от -f-t/exmax до —(Ахтах. Нагрузку Ra подключают между выходом операционного усилителя DA и корпусом. Вольтметр PV1 служит для измерения входного напряжения, а вольтметр PV2 — выходного.

Для иллюстрации построения логарифмических амплитудных характеристик приведем несколько примеров.

4.4. Пространственное изображение амплитудных характеристик ТТ

Для уменьшения амплитудных искажений в режиме класса В применяют двухтактную схему, в которой работают поочередно в течение полупериода сигнала триоды, включенные в противофазе ( 5-17). Один работает в положительный, второй в отрицательный полупериод. При работе выходного трансформатора на прямолинейном участке кривой намагничивания выходное напряжение двухтактного усилителя пропорционально разности токов обоих триодов. При этом постоянная составляющая и четные гармоники триодов взаимно компенсируются, а нечетные — суммируются.

При ШИМ, ФИМ и ЧИМ меняется соответственно, ширина, фаза, или частота следования тактовых импульсов при неизменной амплитуде. Это позволяет не опасаться нелинейных амплитудных искажений при усилении этих сигналов и использовать усилители (и другие преобразователи) в нелинейных режимах с высоким к. п. д.

АИМ в настоящее время применяется сравнительно редко, так как ее помехоустойчивость ниже, чем помехоустойчивость ШЙМ, ФИМ и ЧИМ. Кроме того, при ШИМ, ФИМ и ЧИМ меняются ширина, фаза или частота следования тактовых импульсов при неизменной амплитуде. Это позволяет не опасаться нелинейных амплитудных искажений при передаче и приеме и использовать активные элементы радиоэлектронных схем в нелинейных режимах с высоким к. п. д.

Для уменьшения амплитудных искажений в режиме класса В применяют двухтактную схему, в которой работают поочередно в течение полупериода сигнала триоды, включенные в противофазе ( 5-17). Один работает в положительный, второй в отрицательный полупериод. При работе выходного трансформатора на прямолинейном участке кривой намагничивания выходное напряжение двухтактного усилителя пропорционально разности токов обоих триодов. При этом постоянная составляющая и четные гармоники триодов взаимно компенсируются, а нечетные — суммируются.

Как уже отмечалось, сигналы, передаваемые по линии, искажаются, если различны затухание и фазовая скорость отдельных гармонических составляющих сигнала. Для устранения амплитудных искажений необходимо добиться постоянства коэффициента затухания линии (a=const), т.е. постоянной амплитудной характеристики линии. Фазовые искажения отсутствуют при постоянной фазовой скорости (и = const), т.е. линейной зависимости коэффициента фазы от частоты р— и/и или, короче говоря, линейной фазовой характеристики линии.

При помощи синтеза четырехполюсников составляют схемы фильтров, фазовращающих и корректирующих звеньев и других устройств. В частности, фазовраща-ющие контуры могут быть выполнены в виде мостовых схем ( 15-21 и 15-22), для которых а=0 (нет амплитудных искажений) Од-

Как уже отмечалось, сигналы, передаваемые по линии, искажаются, если различны затухание и фазовая скорость отдельных гармонических составляющих сигнала. Для устранения амплитудных искажений необходимо добиться постоянства коэффициента затухания линии (а = const), т. е. .постоянной амплитудной характеристики линии. Фазовые искажения отсутствуют при постоянной фазовой скорости (о = const), т. е. линейной зависимости коэффициента фазы от частоты р='0>/У или, короче говоря, линейной фазовой характеристики линии. В линиях .передачи информации обычных ковструкций как воздушных, так и кабельных возникают и амплитудные и фазовые искажения.

Заметим, что человеческое ухо нечувствительно к фазовым искажениям звуковых колебаний и ощуиает лишь амплитудные искажения. Поэтому при проектировании линий телефонной связи необходимо принимать меры к уменьшен то амплитудных искажений. Приемные реле телефонных и телеме>анических устройств нечувствительны к пропаданию высокочастотных составляющих передаваемых импульсов. При приеме телевизионных сигналов необходимо полное сохранение амплитудных и фазовых соотношений в приемнике. Таким образом, в различиях случаях необходимо принимать различные меры для борьбы с искажениями передаваемых сигналов.

б) Причиной амплитудных искажений сигнала является различная величина затухания для /4 и /2; причиной фазовых искажений — различные фазовые скорости прохождения сигналов частот /4 и fu.

б) Причиной амплитудных искажений сигнала является различная величина затухания для /4 и /2; причиной фазовых искажений — различные фазовые скорости прохождения сигналов частот /4 и fu.

'Сигналы, проходящие по линии и аппаратуре, претерпевают амп-литудно- и фазочастотные искажения. Для уменьшения этих искажений часто используются пассивные четырехполюсники — корректи- -рующие устройства, которые включаются каскадно с рабочей цепью. 1. Амплитудные корректоры применяются для уменьшения амплитудных искажений. Наиболее часто амплитудное корректирование заключаемся в таком подборе схемы и элементов корректирующего устройства ( 16.1, а), чтобы в некотором диапазоне частот от Д до /2 сумма рабочего затухания цепи ар.и и корректора ак была постоянной величиной ( 16.1, б), т. е.