Нелинейные искажения определяют вид амплитудной характеристики.
Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называют зависимость амплитудного (или действующего) значения выходного напряжения от амплитудного (или действующего) значения входного напряжения при воздействии на вход усилителя гармонического колебания постоянной частоты. Реальная АХ усилителя приведена на рис. 1. Штриховой линией на рис. 1 показана идеальная АХ. Она представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат под углом . Угол определяется коэффициентом усиления по напряжению усилителя.
Реальная АХ совпадает с идеальной лишь в области средних значений напряжений (участок А — Б рис. 1). При больших напряжениях изгиб АХ обусловливается нелинейностью характеристик элементов усилителя и сопровождается появлением нелинейных искажений. При Uвх = Uвх.ном (точка Б) на выходе действует напряжение Uвых.= Uвых.ном, при котором обеспечивается заданный Кг.
Рис.1. Амплитудная характеристика.
Изгиб АХ при малых напряжениях связан с наличием в усилителе собственных помех Uп, которые действуют на выходе и при отсутствии сигнала. Помехи могут полностью забивать или сильно маскировать слабый сигнал. Для нормальной работы усилителя наименьшее выходное напряжение должно в несколько раз превышать напряжение помех. Этому выходному напряжению соответствует минимально возможное входное напряжение Uвх.мин. (точка А на рис. 2.15). Лишь в пределах Uвх.мин < Uвх.< Uвх.макс.усилитель можно считать линейным, т.е. при работе усилителя с сигналами больше Uвх.мин. и меньше, чем Uвх.макс усилитель не создает нелинейных искажений.
Сигнал, действующий на входе усилителя, не постоянен по амплитуде, меняется в течение периода от своего минимального значения до максимального. Его удобно характеризовать динамическим диапазоном сигнала .
Усилитель, принимающий сигнал, должен иметь свой динамический диапазон:
Динамические диапазоны обычно выражаются в децибелах:
Чтобы усиление сигнала было без заметных искажений, должно соблюдаться следующее неравенство
т.е, динамический диапазон усилителя должен быть больше или равен динамическому диапазону сигнала. Обычно принимают .
- уровень собственных шумов усилителя. Если бы усилитель не "шумел", то его АХ начиналась бы от 0 и . Но в усилителе есть собственные шумы, которые складываются из шумов самого усилительного элемента, тепловых шумов резисторов и т.д. Уровень собственных шумов усилителя определяется в основном шумами первого каскада. Поэтому снижать уровень шумов, повышать чувствительность усилителя и улучшать соотношение сигнал/шум надо в первом каскаде усилителя.
Из-за наличия напряжения собственных шумов усилителя входной минимальный сигнал его должен быть больше шумового, иначе мы не услышим сигнал на фоне шума.
Максимальный входной сигнал определяется допустимыми токами и напряжениями для данного усилительного элемента.
Динамический диапазон является важным техническим показателем усилителя и обычно задается ГОСТ. В настоящее время для лучших усилителей ДДУ> 120 дБ. Динамический диапазон звучания симфонического оркестра может превышать 80 дБ, художественного чтения - 30 дБ.
Если ДДУ<ДДС, то можно либо увеличить ДДУ, либо уменьшить ДДС. Для увеличения ДДУ можно:
1) уменьшить уровень собственных помех усилителя;
2) взять УЭ с более линейной характеристикой (например, более мощные УЭ);
3) применить в усилителе ручную или автоматическую регулировку усиления.
Задание на СРС
3.1. Конспект Собственные помехи усилителя [ОЛ6.2] стр 20.
Задание на СРСП
4.1.Построить АХ, рассчитать ДДУ и ДДС, сделать вывод о качестве усилителя.