Основные технические показатели и характеристики уу

2.2. Основные технические показатели и характеристики уу

                Технические показатели УУ представляют собой количественную оценку его свойств. К техническим показателям относятся (рис.2.1):

                ¨ входное сопротивление .

                ¨ выходное сопротивление .

                ¨ коэффициенты передачи:

· по напряжению  или просто :

,

                где j - фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.

Рекомендуемые материалы

Значение êКç на средних частотах рабочего диапазона УУ, обозначаемого как , называют коэффициентом усиления.

               В логарифмических единицах:

.

                               Для n-каскадных УУ (каскады включены последовательно):

,

;

                               · по току :

.

Для n-каскадных усилителей  в относительных и логарифмических единицах определяются аналогично .

· по мощности :

 .

Для n-каскадных усилителей  в относительных и логарифмических единицах определяются аналогично , только

.

· сквозные коэффициенты, например, сквозной коэффициент передачи по напряжению:

,

                где  - ЭДС источника сигнала.

                ¨коэффициент полезного действия:

,

                где   - максимальная выходная мощность усилителя;  - мощность, потребляемая от источника питания.

Характеристики УУ служат для оценки искажения сигнала. Искажения - это отклонения формы выходного сигнала от формы входного. В зависимости от происхождения они подразделяются на:

¨ искажения частотные, вызываемые неодинаковым усилением усилителя на разных частотах. Частотные искажения создаются LC элементами, поэтому они носят линейный характер.

Вносимые усилителем частотные искажения оценивают по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) и по фазочастотной характеристике (ФЧХ).

АЧХ называется зависимость модуля коэффициента передачи от частоты. Часто используют нормированную АЧХ, представленную на рис.2.2.

Здесь Y - относительный (нормированный) коэффициент усиления:

,

.

Структура выражений для n-каскадного усилителя в относительных и логарифмических единицах в точности совпадает с выражениями для  и получается из последних путем замены на .

Количественно частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений :

,

.

Структура выражений для n-каскадного усилителя в относительных и логарифмических единицах также в точности совпадает с выражениями для  и получается из последних путем замены на .

По АЧХ и допустимой величине частотных искажений определяют нижнюю  и верхнюю  граничные частоты, полосу рабочих частот , равную:

.

¨искажения фазовые, вызываемые различным фазовым сдвигом различных по частоте составляющих спектра сигнала. Фазовые искажения создаются LC элементами, поэтому они носят линейный характер.

Зависимость угла сдвига по фазе между входным и выходным сигналами от частоты оценивается по ФЧХ, для резистивного каскада имеющей вид, представленный на   рис.2.3.

В импульсных усилителях форма выходного напряжения зависит от переходных процессов в  цепях, содержащих LC элементы. Для оценки линейных искажений, называемых в ИУ переходными, пользуются переходной характеристикой (ПХ).

ПХ усилителя это зависимость мгновенного значения напряжения (тока) на выходе от времени  при подаче на вход единичного скачкообразного изменения напряжения (тока) (сигнала типа единичной функции).

¨переходные искажения измеряют при подаче на вход идеального прямоугольного импульса. Они разделяются  на искажения фронта и искажения плоской вершины импульса (рис.2.4).

¨искажения фронта характеризуются:

· временем установления , т.е. временем нарастания амплитуды импульса от   до   ;

· выбросом фронта импульса d, определяемым отношением амплитуды выброса DU к амплитуде установившегося режима ;

· временем запаздывания  относительно входного сигнала по уровню  .

                ¨ Искажения плоской вершины импульса D характеризуется величиной спада напряжения  за время длительности импульса:

.

                Для n-каскадных некорректированных УУ (каскады включены последовательно) результирующее время установления фронта и спад плоской вершины импульса можно оценить следующим образом:

,

.

                АЧХ и ПХ  отражают одни и те же физические процессы в различной форме (частотной и временной). Связь частотных и временных искажений иллюстрируется рис.2.5.

                ¨ Нелинейные искажения (искажения формы выходного сигнала) вызываются  нелинейностью характеристик усилительных элементов. Количественно нелинейные искажения гармонического сигнала  оцениваются коэффициентом гармоник  , который представляет собой отношение действующего значения напряжения (тока, мощности) высших гармоник, появившихся в результате нелинейных искажений, к напряжению (току, мощности) основной частоты (первой гармоники) при подаче на вход гармонического колебания основной частоты (при  частотно-независимой нагрузке):

                               Для n-каскадных УУ (каскады включены последовательно):

.

                Кроме  в усилителях многоканальной связи нелинейность оценивается затуханием соответствующей гармонической составляющей, (например, второй):

.

                ¨ Собственные помехи УУ: фон, наводки и шумы. Остановимся на тепловых внутренних шумах усилителя ввиду принципиальной невозможности их полного устранения.

                Любое резистивное сопротивление R (например, внутреннее сопротивление источника сигнала ) создает в полосе частот  тепловой шум, среднеквадратичная ЭДС которого определяется формулой Найквиста:

.

                Где k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура сопротивления.

                Мерой оценки шумовых свойств УУ является коэффициент шума F, равный отношению мощностей сигнала и шума на входе УУ к отношению мощностей сигнала и шума на выходе УУ:

                В диапазоне СВЧ находит применение оценка шумовых свойств УУ посредством определения шумовой температуры системы :

,

где  - стандартная шумовая температура,  (рекомендация МЭК).

                Для многокаскадных УУ (каскады включены последовательно):

где ,  и т. д. - номинальные коэффициенты усиления по мощности каскадов усилителя.

                ¨ Амплитудная характеристика и динамический диапазон УУ.

"23 Основные законы излучения" - тут тоже много полезного для Вас.

                Амплитудная характеристика усилителя представлена на рис.2.6.

Динамическим  диапазоном входного сигнала усилителя   называют отношение  (при заданном уровне нелинейных искажений) к  (при заданном отношении сигнал/шум на входе):

                В зависимости от назначения УУ возможна оценка динамического диапазона по выходному сигналу, гармоническим и комбинационным составляющим и др.

                Некоторые УУ (УПТ, ОУ и т.д.) могут характеризоваться другими специфическими показателями, которые будут рассмотрены по мере необходимости.