Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Схема линии радиосвязи 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

Входное сопротивление усилителя определяется между клеммами /-/ на входе усилителя (рис. 4.4):

а выходное сопротивление - между клеммами 2-2 на выходе усилителя при отключенной нагрузке.

Па эквивалентной схеме источник входного сигнала показан в виде генератора с ЭДС £вх и внутренним сопротивлением Ri, со <:тороиы выхода усилитель представлен источником напряжения с ЭДС вых и внутре1И1им сопротивлением /?вых, причем нагрузкой усилителя может быть не только потребитель, но и входное сопротивление следующего каскада.

Таким образом, усилитель представляет собой нагрузку для источника сигнала и одновременно сам является источником сигнала для сопротивления нагрузки.

В зависимости от соотношения внутреннего сопротивления источника Ri и входного сопротивления Rbx, а также соотношения /?вых и 7?н усилитель может работать в режиме усиления тока

(/?вх</?.- и /?н</?вых), усиления напряжения (/?вх>7?< и /?н ?вых) и усиления мощности {Rbx - Rl и Rh - Rbhx).

Искажения в усилителях. При усилении сигнала могут возникать нелинейные, частотные и фазовые искажения.

Нелинейные искажения проявляются в то.м, что форма сигнала на выходе усилителя или отдельного каскада, еслп усилитель многокаскадный, не повторяет форму входного сигнала. Нелинейные искажения возникают из-за нелинейности вольт-амперной характеристики усилительного элемента, а также характеристик намагничивания трансформаторов или дросселей с сердечниками. Если на вход усилителя, собранного на биполярном транзисторе, поступает синусоидальный сигнал с частотой / (рис. 4.5), то из-за нелинейности входной характеристики транзистора форма тока во входной цепи отличается от синусоидальной. Известно, что такую форму тока, пользуясь преобразованием Фурье, можно представить рядом гармонических составляющих с частотами f, 2f, 3/, 4/ и т. д. На рис. 4.5 показаны первые три гармоники тока, являющиеся основными составляющими несинусоидального колебания. Нелинейные искажения появляются также и в выходной цепи биполярного транзистора из-за нелинейности его выходной характеристики. Если усилитель собран на полевом транзисторе или электровакуумной лампе, то причиной нелинейных искажений является нелинейность их вольт-амперных характеристик. Чем заметнее форма сигнала на выходе отличается от формы сигнала на входе, т. е. чем больше содержание высших гармоник в выходном сигнале, тем существеннее нелинейные искажения. Количественно нели-96


Рис. 4.5. Графики, поясняющие возникновение нечннсйных нскажеинн во входной цепи биполярного транзистора:

/ - первая гармоника; 2 - вторая гармоника; 3 - третья гармоника

нейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений (коэффициентом гармоник)

К = УР2 + Рг+.: + PJPi. (4.3)

где Р2Л-Рз+ - +Рп - сумма мощностей, выделяемых на нагрузке высшими гармопика.чи, появившимися в результате нелинейного усиления; Pi-мощность первой (рабочей) гармоники.

Если нагрузка имеет одно и то же сопротивление для всех гармонических составляющих, то коэффициент гармоник можно определить еще по двум формулам:

Кг=Уп-\-П+- + П ;

Где /], /г, h - амплитудные (действующие) значения первой, второй, третьей и т. д. гармоник тока на выходе; Ui, U2, U3 - амплитудные (действующие) значения первой, второй, третьей и т. д. Гармоник напряжения на выходе.

7-1140 97



Если усилитель многокаскадный, то общий коэффициент нелинейных искажений приближенно можно определить как сумму коэффициентов нелинейных искажений отдельных каскадов:

Кт.обт /<п + Кг2 + Кз + - + Кп-- (4-4)

Обычно коэффициент нелинейных искажений выражают в процентах, а его допустимая величина зависит от назначения усилителя. В усилителях звуковых частот среднего качества Кг= = 5...8%, а в усилителях, используемых в измерительной аппаратуре, Кг составляет десятые доли процента.

Частотные искажения, вносимые усилителем, определяются видом его амплитудно-частотной характеристики, представляющей зависимость коэффициента усиления от частоты во всем диапазоне частот усиливаемых сигналов. В зависимости от назначения усилителя, его элементной базы вид частотной характеристики может быть различным, как, например, на рис. 4.6.

Однако усиление в большинстве усилителей звуковой частоты должно быть по возможности равномерным в пределах заданного рабочего диапазона частот. Непостоянство коэффициента усиления объясняется наличием в схеме усилителя различных реактивных элементов, сопротивления которых частотозависимы, и приводит к появлению частотных искажений, и.зменяющих тембр звука. На рис. 4.6 показаны идеальная и реальная АЧХ. Следует обратить внимание, что при построении таких характеристик по горизонтальной оси удобнее откладывать частоту не в линейном, а в логарифмическом масштабе (для каждой частоты по оси откладывается величина Igf, а подписывается значение частоты). Количественно частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений М, равным отношению коэффициента усиления на средних частотах Кср к коэффициенту усиленпя на данной частоте Kf.

M = KjKf. (4.5)

Обычно наиболыние частотные искажения возникают на границах диапазона нижних f,-. и верхних /я частот. В этом случае

коэффициенты частотных искажений

АС 500

О

Идеальная

/\Реальная

1 L

tg.f

moo f,rn

Рис. 4.6. Амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) 98

ЖеКср/Л;.

где Ки и Кв -коэффициенты усиленпя соответственно па

нижних и BCpXHlbX

частотах диапазона.

Если Л1>1, то в рассматриваемой области частотная характеристика имеет завал, а если М-еГА-то подъем. Установлено, что изменение силы звука на 15...20% человеческим ухом не воспринимается, поэтому для усилителей звуковых частот допустимое значение коэффициента частотных искажений лежит в пределах 0,8<Л1<:1,25, а для усилителей контрольно-измерительной аппаратуры допустимые искажения определяются требуемой точностью измерения и могут равняться десятым и даже сотым долям де-цебела.

Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению крэффиииентов частотных искажений отдельных каскадов:

М^ = М,М^М^, .... М„. (4.6)

Часто коэффициент частотных искажений выражают в децибелах:

M[AB\ = 20]gM. (4.7)

Фазовые искажения появляются в усилителе за счет сдвига фаз между входным и выходным сигналами. Величина фазовых искажений определяется реактивными элементами схемы, а поворот фазы самим усилительным элементом не учитывается. Оцениваются фазовые искажения по фазочастотной характеристике усилителя, представляющей зависимость угла сдвига фаз <р между входным и выходным напряжениями усилителя от частоты (рис. 4.7).

Понятие фазовых искажений относится лишь к сложному сигналу, состоящему из ряда гармонических составляющих, между которыми существуют определенные фазовые соотношения. Если При прохождении через усилитель время запаздывания для всех гармоник одинаково, то фазовые соотнонгепия между ними сохраняются и форма сигнала на выходе повторяет форму входного сигнала. Этот случай соответствует идеальной фазочастотной характеристике. В реальной ситуации время запаздывания для всех составляющих сигнала различно, фазовые соотношения между ними нарушаются и форма выходного сигнала отличается от формы входного.

В многокаскадном усилителе фазовый сдвиг между сигналом, подаваемым на вход первого каскада усилителя, и сигналом, снимаемым с последнего каскада, определяется суммой фазовых сдвигов в отдельных каскадах:


?о6ш = ?1 + Т2 + <Рз + - + <Рп-

Рис. 4.7. Фазочастотная характеристика усилителя



Эти искажения пе ухудшают качества звукового воспроизведения сигнала, так как слух человека не обнаруживает изменений в фазовых соотноп1ениях отдельных звуковых колебаний. Но при приеме телевизионного изображения импульсных сигналов фазовые искажения портят изображение и с ними приходится считаться.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. В чем суть управляющего действия усилительного элемента

2. .Может ли уснлигь .монпюсть повышающий трансформатор?

3. Может ли усилить синусоидальный сигнал частотой 50 Гц усилитель постоянного тока?

4. Во сколько раз увеличится напряжение на выходе усилителя если уси-леьпе возрастет на 40 дБ? j-n

5. Чем отличаются схемы усилнге.пя тока н усилителя напряжения?

гт о ! ось. потребляемая от источника нитання, 4 Вт; КПД т]=0 8-вых^З В. Определить сопротивление нагрузки усилители.

7. Объясниге появление нелипецньтх нскажеинн в транзисторном усилителе за счет его выходных характеристик.

8. Усплигель имеет коэффициент нелинейных искажений Кт-=%. Что это означает?

9. Усилитель состоит нз четырех каскадов успленпя, каждый из первых двух каскадов имеет коэффициент усиления, равный 30; коэффициент усиления предоконечной ступени равен 20, а конечной -10. Опреде.1ите коэффнциен усиления всего усн^штеля.

10. .Заинснт л-л величина нелниенных искажений от амплитуды входного сигнала?

11. Определите общее усиление трехк.чскадного усилителя в дБ если Ки- = 20, A:i =30; A:l3 = 40.

12. Покажите вид частотной характеристики усилителя постояного тока.

13. На частоте /о /Cd-Б; Мв=4 дБ. Определите коэффициент уснлепня усилителя Я..1Я средних частот.

14. В каких случаях необходимо учитывать фазовые искажения усилителей, а в каких нет?

4.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Общие сведения. Назначением каждого усилителя в конечном итоге является обеспечение па сопротивлении нагрузки сигнала необходимой мощности. Источниками сигнала в УЗЧ могут яв литься такие устройства, как детектор, звукосниматель, микрофон, термопара с преобразователем постоянного тока в переменный, фотоэлемент, всевозможные датчики и т. д. Напряжение па входе усилителя может изменяться в пгирокнх пределах в зависимости от источника сигнала - от долен микровольта до нескольких вольт. Например, современные микрофоны выдают на выходе напряжение от I до 3 мВ, а .напряжение, получаемое с фотоэлемента, не превышает нескольких микровольт. Очевидно, что подавать столь слабые сигналы непосредственно на усилитель мощности не 100

цеет смысла, так как они не смогут обеспечить в выходных целях существенного увеличения тока, а следовательно, и выходной цошности. В связи с этим УЗЧ, как правило, являются многокаскадными (см. рис. 4.2), состоящими из каскадов предварительного усиления и оконечного каскада. Назначением каскадов предварительного усиления является усиление тока или напряжения, создаваемого источником сигнала, до величины, необходимой для цодачи на вход мощного оконечного каскада.

Каскады предварительного усиления могут выполняться на биполярных, полевых транзисторах, электронных лампах, интегральных микросхемах. Современные УЗЧ в микроисполнении отличаются от дискретных аналогов в основном конструктивно-технологическими особенностями, а схемные решения практически остаются теми же и прннципальных отличий пе имеют. Работа каскадов предварительного усиления характеризуется коэффициентом усиления (по напряжению, току или мощности), амплитудно-частотной характеристикой, фазочастотной характеристикой и стабильностью работы во времени. Коэффициент нелинейных искажений существенного значения не имеет, если уровень входного сигнала небольшой, и усилитель работает в режиме класса А. Как известно, в этом случае используются нелинейные участки входной н выходной характеристик усилительного элемента. Если же уровень входного сигнала велик (превышает несколько десятых вольта для транзисторного каскада и 2...3 В - для лампового), то расчет коэффициента нелинейных искажений необ.ходим.

В предварительных усилителях первые каскады заслуживают особого внимания. Поскольку амплитуда сигнала, приходящего на вход, как правило, мала, уровень собственных шумов усилителя должен быть незначительным н меньше по величине уровня полезного сигнала. Вход первого каскада усилителя должен быть согласован с выходом источника сигнала. В качестве согласующего устройства может использоваться понижающий трансформатор (если /?и>/?вх1), повышающий трансформатор (если /?h<?bxi), эмиттерный, катодный или истоковый повторители, имеющие большое входное сопротивление. Если сопротивление источника и входное сопротивление первого каскада одного порядка, то согласующее устройство можно не включать. Предварительные каскады классифицируют по виду нагрузки в выходной цепи усилительного элемента. Наибольшее применение получили каскады, нагрузкой которых является резистор.

Резисторные каскады ПУНЗЧ. Принципиальные электрические схемы резисторпых каскадов на биполярном и полевом трапзпсто-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95