Характеристик усилителя

Усилители мощности являются обычно выходными каскадами многокаскадных усилителей. Их основная задача — обеспечить получение заданной мощности сигнала на заданном сопротивлении нагрузки. В ряде случаев необходимая мощность в нагрузке весьма значительна и поэтому энергетическим показателем работы каскада необходимо уделять серьезное внимание. К таким характеристикам в первую очередь относятся: коэффициент полезного действия каскада, максимальная рассеиваемая мощность в активных элементах каскада, максимально реализуемое соотношение между мощностью, отдаваемой в нагрузку и рассеиваемой в активном элементе. Существенной особенностью каскадов мощного усиления является полное использование характеристик усилительного элемента из-за большой амплитуды входного сигнала, вследствие чего параметры усилительного элемента за период сигнала изменяются в широких пределах. Поэтому коэффициент усиления получается значительно ниже, чем у каскадов предварительного усиления на том же активном элементе.

Динамические характеристики широко используются при графическом анализе работы усилительного каскада и практических расчётах. Так, например, по динамическим характеристикам находят положение точки покоя (начальной рабочей точки) на семействе статических характеристик усилительного элемента и соответствующие этой точке ток и напряжение; определяют вносимые усилительным элементом нелинейные искажения. По ним можно найти коэффициент усиления каскада, отдаваемые ^напряжение и мощность сигнала, определить необходимые входное напряжение, ток и мощность, а также мощность, потребляемую каскадом от источника питания.

Для построения нагрузочной прямой постоянного тока на -горизонтальной оси семейства статических выходных характеристик усилительного элемента для выбранного способа его включения откладывают напряжение источника питания выходной цепи Е, а на вертикаль-

Для построения нагрузочной прямой переменного тока достаточно найти точку её пересечения с горизонтальной или вертикальной осью семейства статических выходных характеристик усилительного элемента для выбранного способа его включения. На основании (4.11) для этих точек:

Проходную динамическую характеристику строят на семействе проходных статических характеристик усилительного элемента (например, на семействе статических характеристик зависимости 1еых от иех). Проще всего её строить переносом нагрузочной прямой из выходных координат в проходные. Для этого на семействе статических выходных характеристик усили-

На вход каскада мощного усиления подают большую амплитуду сигнала, захватывающую всю рабочую область характеристик усилительного элемента. Вследствие этого параметры усилительного элемента за период сигнала изменяются в широких пределах. Поэтому расчёт коэффициента усиления, отдаваемой мощности, коэффициента гармоник каскада мощного усиления производят 218

Для рассмотрения основных свойств каскада мощного усиления, работающего в режиме А, обратимся к 6.1, на котором изображено семейство статических выходных характеристик усилительного элемента и нагрузочная прямая для взятого сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току. Здесь UeXM — амплитуда синусоидального напряжения на входе, UM — амплитуда переменной составляющей выходного напряжения, IM — амплитуда переменной составляющей выходного тока, /0 — ток покоя, U0 — напряжение покоя выходного электрода.

Проведённая на семействе статических выходных характеристик усилительного элемента нагрузочная прямая, соответствующая выбранному значению сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, в режиме В представляет собой лишь половину полной нагрузочной прямой. Вторая половина прямой, являющаяся продолжением первой, расположена ниже горизонтальной оси. При симметричности плеч двухтактного каскада, работающего в режиме В, он >не вносит чётных гармоник; из фор-

представляет собой нормированное время. Семейство нормированных переходных характеристик усилительного каскада с цепочкой CKRK в катоде, построенное по ф-ле (7.80), приведено на 7.18.

Динамические характеристики широко используются при графическом анализе работы усилительного каскада и практических расчётах. Так, например, по динамическим характеристикам находят положение точки покоя (начальной рабочей точки) на семействе статических характеристик усилительного элемента и соответствующие этой точке ток и напряжение; определяют вносимые усилительным элементом нелинейные искажения. По ним можно найти коэффициент усиления каскада, отдаваемые напряжение и мощность сигнала, определить необходимые входное напряжение, ток и мощность, а также мощность, потребляемую каскадом от источника питания.

Для построения нагрузочной прямой постоянного тока на горизонтальной оси семейства статических выходных характеристик усилительного элемента для выбранного способа его включения откладывают

1В тл. 1 приведены формулы и пример расчета шумовых характеристик усилителя для простейших случаев. В настоящей гла-«ее приведены более общие расчетные формулы и примеры расчета "с использованием понятий нормированных спектральных плот-яюстей шумов по напряжению и по току для различных вариантов построения усилителей и использования в них тех или других видов обратной связи.

В выходном сигнале усилителя всегда присутствует составляющая помехи. Основные помехи, возникающие внутри усилителя, представляют собой фон и шумы. Фон — это добавочное напряжение на выходе, обусловленное наводками внешних полей и питанием усилителя от сети переменного тока, температурной нестабильностью. Шумы представляют собой помехи флуктуационного характера. Одной из важных характеристик усилителя является чувствительность. Под чувствительностью понимают меру изменения какой-либо характеристики или параметра усилителя, например коэффициента усиления, в зависимости от изменения параметров схемы.

Отрицательную обратную связь часто применяют для коррекции амплитуд-но- и фазочастотных характеристик усилителя: с введением частотно-независимых ОС полоса пропускания усилителя расширяется; использование частотно-зависимых ОС типа резонансных вызывает сглаживание неровностей АЧХ и т.д.

В многокаскадных усилителях через общие цепи питания, емкости монтажа, паразитные индуктивности могут возникать внутренние обратные связи, для которых на какой-нибудь частоте выполняется соотношение (4.18). Это приводит к ухудшению характеристик усилителя и в некоторых случаях — к его самовозбуждению. Такие обратные связи называют паразитными. Тщательный монтаж, использование развязывающих фильтров и другие меры позволяют свести к минимуму возможность возникновения цепей паразитных обратных связей.

Семейство характеристик усилителя UL (I) при различной величине постоянного тока /0 в управляющей обмотке показано ш 14.28, где по оси ординат отложено напряжение на рабочей об мотке усилителя, а по оси абсцисс, в том же масштабе — произведе ние тока / на сопротивление г, т. е. напряжение на приемнике Un = rl Чем больше постоянный ток в цепи управления, тем характеристик^ будет более пологой, что соответствует меньшей величине магнитно? проницаемости сердечника. Связь между реактивным напряжением U; на рабочей обмотке усилителя, активным напряжением Ua на прием-

Недостатком нулевых фильтров является требование точного выполнения условия баланса; нарушение этого условия, характеризуемое расстройкой Е, приводит к заметному ухудшению характеристик усилителя. В этом смысле от них выгодно отличаются резонансные структуры на основе интегрирующих и дифференцирующих цепей, охваченных обратной связью.

1.8. Амплитудно-частотные характеристик» усилителя звуковых частот:

Искажением усиливаемого сигнала называется его изменение, вызванное несовпадением реальных и идеальных характеристик усилителя. В связи с тем, что некоторые элементы усилителей нелинейные, искажения сигнала могут быть линейными и нелинейными. Линейные искажения в усилителях обусловлены влиянием таких реактивных элементов, как конденсаторы и катушки индуктивности, применяющиеся в качестве ЭС, а также некоторых реактивных паразитных элементов в УЭ. Существуют линейные искажения трех видов: частотные, фазовые и переходные.

В усилительном устройстве обратной называется связь, обеспечивающая передачу сигнала из его выходной цепи во входную. Она используется для стабилизации коэффициента усиления, уменьшения искажений усиливаемого сигнала и повышения стабильности режима работы УЭ, т. е. для улучшения технических параметров и характеристик усилителя.

где А и В — члены, зависящие от частоты и, следовательно, определяющие ход частотной и фазовой характеристик усилителя.

где А и В отражают зависимость Syc от частоты, то можно записать уравнения частотной и фазовой характеристик усилителя: