Искажений усиливаемого

Отрицательная обратная связь уменьшает возникающие в усилителе нелинейные искажения. Это можно объяснить следующим образом. В усилителе без обратной связи при большом входном напряжении за счет нелинейных искажений в выходном напряжении помимо основной гармоники появляются высшие гармонические составляющие, наличие которых искажает форму выходного напряжения. При введении отрицательной обратной связи высшие гармонические составляющие через звено обратной связи подаются на вход усилителя и усиленными появляются на его выходе. Усиленные высшие гармоники вычитаются из выходного напряжения усилителя, так как благодаря действию отрицательной обратной связи они будут поступать в противофазе с высшими гармоническими составляющими, появляющимися вследствие нелинейных искажений усилителя. Таким образом, содержание гармоник при том же значении выходного напряжения уменьшится, а следовательно, искажения усиливаемого напряжения в усилителе с отрицательной обратной связью будут меньше.

С помощью ООС удается уменьшить нелинейные искажения, а также влияние помех в усилителе. Поскольку с увеличением F будет уменьшаться напряжение непосредственно на входе усилителя (на базе или затворе транзистора), то его работа станет осуществляться на меньшем участке ВАХ активного элемента. Уменьшение рабочих размахов токов и напряжений на-участках ВАХ и приведет к уменьшению коэффициентов гармоник. С некоторым приближением можно считать, что ООС обеспечивает работу усилителя на участках ВАХ с малой нелинейностью. Для коэффициента нелинейных искажений усилителя .Кг „с, охваченного ООС, можно записать KrocxKr/F. Это обстоятельство в ряде случаев оказывает решающее значение, особенно для выходных каскадов усилителя.

Отрицательная обратная связь приводит к уменьшению частотных и фазовых искажений усилителя, так как на средних частотах она оказывает заметно большее воздействие на величину коэффициента усиления, чем на нижних и верхних частотах.

Частотные искажения трансформаторного усилителя, как правило, больше частотных искажений усилителя типа RC за счет влияния на частотную характеристику резонансных свойств обмоток трансформатора.

1121. Определить коэффициент нелинейных искажений усилителя при наличии в анодной цепи лампы трех составляющих гармоник с амплитудами: Imi — 40 мА; /т2= = 2мА,/т3 = 0,4 мА.

Определить коэффициент нелинейных искажений усилителя.

При больших амплитудах сигналов из-за нелинейности характеристик усилительных элементов возникают нелинейные искажения. Поэтому в практике используют понятие номинальной выходной мощности — максимальной мощности при искажениях, не превышающих допустимое значение. Степень нелинейных искажений усилителя оценивают величиной коэффициента гармоник:

Для оценки частотных искажений усилителя используется нормированная АЧХ или вводится нормированный (относительный) коэффициент усиления, равный отношению модуля коэффициента усиления на какой-то частоте к коэффициенту усиления на средней частоте /о:

В инженерной практике в технических условиях на четырехполюсник обычно указываются допустимые искажения, создаваемые четырехполюсником, в виде допустимого коэффициента нелинейных искажений. Например, коэффициент нелинейных искажений усилителя низкой частоты в радиоприемниках высокого класса не должен превыщать I—1,5%.

Чем больше нелинейность усилителя, тем сильнее искажается им синусоидальное напряжение, подаваемое на вход. Известно (теорема Фурье), что всякая несинусоидальная периодическая кривая может быть представлена суммой гармонических колебаний основной частоты и высших гармоник. Таким образом, в результате нелинейных искажений на выходе усилителя появляются высшие гармоники, т. е. совершенно новые колебания, которых не было на входе. Степень нелинейных искажений усилителя обычно оценивают величиной коэффициента нелинейных искажений (коэффициента гармоник)

где Кг. ев — коэффициент нелинейных искажений усилителя с отрицательной связью; Кг — его значение при отсутствии обратной связи.

С помощью нагрузочной диаграммы определяют также величину нелинейных искажений усиливаемого сигнала, оптимальный режим работы каскада и т.п. Из всего сказанного можно сделать вывод, что, несмотря на трудоемкость построения, графические методы анализа незаменимы в тех случаях, когда необходимо оценить количественно и качественно работу усилительного каскада, особенно в режиме большого сигнала.

Выходные каскады усиления предназначены для передачи потребителю заданной или максимально возможной мощности при высоком КПД и допустимых уровнях частотных и нелинейных искажений. Поскольку выходные каскады работают, как правило, в режиме большого сигнала, их важнейшими показателями являются: отдаваемая в нагрузку мощность (или коэффициент усиления по мощности), КПД, а также уровень нелинейных искажений усиливаемого сигнала. Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя существенно зависят от начального положения рабочей точки (см. § 4.2). Минимально возможный уровень нелинейных искажений может быть обеспечен в режиме класса А, а максимально возможный КПД — в режиме класса В или АВ.

Предварительные усилители на биполярных транзисторах. В качестве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на БТ, включенный по схеме с общим эмиттером. Простейшая схема такого каскада приведена на 18.3, а графики, поясняющие его работу, — на 18.4. Для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка характеристик (участок ВС на 18.4,6). Выбранный режим обеспечивается требуемой величиной тока базы 1БА, задаваемого резистором Л6. Сопротивление резистора /?б

отклонение формы усиленного сигнала на выходе от формы сигнала, подаваемого на вход.) Поэтому данные, характеризующие свойства усилителя, должны включать количественую оценку самого эффекта усиления, меру искажений усиливаемого сигнала, а также его энергетические показатели. Все эти сведения и являются основными параметрами усилителя. К ним относятся: коэффициент усиления мощности, напряжения и тока, его стабильность, полоса пропускания частот, динамический диапазон, линейные и нелинейные искажения, входные и выходные параметры, внутренние помехи, КПД, надежность и др. Важнейшим параметром любого усилителя является коэффициент усиления.

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.

Если угол отсечки больше я/2, но меньше я, то получается промежуточный режим АВ между режимами В и А (см. 3.2, а, кривая 2). Если в режиме А нелинейные искажения возрастают с увеличением амплитуды усиливаемого сигнала, то 15 режиме В нелинейные искажения могут появляться и при малых уровнях сигнала за счет нелинейности начальных участков БАХ УЭ. Режим АВ используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейных начальных участков ВАХ УЭ.

На практике с целью уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала реализуется на режим В с углом отсечки 90°, а энергетически близкий к нему режим АВ с углом отсечки чуть больше 90° ( 5.7). Это связано с тем, что при малых сигналах работа усилителя происходит на нелинейных участках сквозных ДХ транзисторов и усиливаемый сигнал искажается. Искажение типа «ступенька» можно компенсировать за счет увеличения угла отсечки импульсов тока следующим образом.

Во-вторых, работа УЭ оконечного каскада в ключевом режиме способствует увеличению нелинейных искажений усиливаемого сигнала, что, в свою очередь, требует дополнительных фильтрующих устройств, которые повышают массу и стоимость усилителя.

В последнее время большое внимание уделяется таким показателям усилителей мощности, как энергопотребление, масса и габаритные размеры. Поскольку энергопотребление практически полностью определяется КПД оконечного каскада, то в качестве оконечных каскадов с высоким КПД стали применять усилительные каскады с РИП. В этих каскадах мощные выходные транзисторы работают в граничном активном режиме, что позволяет снизить потери энергии в мощных выходных транзисторах до минимально возможных, не увеличивая коэффициент нелинейных искажений усиливаемого сигнала, как это имеет место в усилителях класса D. Граничный активный режим работы усилительных элементов с РИП рассмотрен в разд. 3.1.7.

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку Р следует располагать на середине отрезка АВ нагрузочной прямой, построенной в семействе выходных характеристик транзистора. Из 13.3, б видно, что положение рабочей точки Р соответствует току смещения в цепи базы /БР. Для получения выбранного режима необходимо в усилителе обеспечить требуемую величину тока смещения в цепи базы. Для этого и служит

Предварительные усилители на биполярных транзисторах. В качестве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на БТ, включенный по схеме с общим эмиттером. Простейшая схема такого каскада приведена на 18.3, а графики, поясняющие его работу, — на 18.4. Для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка характеристик (участок ВС на 18.4,6). Выбранный режим обеспечивается требуемой величиной тока базы 1БА, задаваемого резистором R6. Сопротивление резистора Яб рассчитывается по формуле