5_1 (1086103), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

К выходным показателям относят: напряжение , ток = либо мощность Р_Н, создаваемые усилителем на заданном со­противлении нагрузки Z_Н при допустимых искажениях сигнала. Сопротивление нагрузки Z_Н в общем случае комплексное. Однако мощность Р_Н определяют при таких условиях работы уси­лителя, когда сопротивление нагрузки можно считать активным Z_Н = R_Н, например в области средних частот. В этих условиях выходную мощность, соответствующую заданным нелинейным ис­кажениям сигнала, называют номинальной. При гармоническом воздействующем сигнале на выходе усилителя

= 0,5  =  =  = / , (5.3)

где и – амплитуды тока и напряжения на нагрузке усилителя.

К выходным параметрам усилителя относят и его выходное сопротивление Z_ВЫХ. Исходя из представления об усилителе как об активном линейном четырехполюснике, его выходную цепь между клеммами 2—2 можно представить в виде эквивалентного генера­тора с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением – рис. 5.5. Это сопротивление называют выходным сопротивлением усилителя. Внутреннее сопротивление источника ЭДС можно оп­ределить с помощью опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) на выходе усилителя

= / _КЗ = / _КЗ, (5.4)

где _КЗ — ток в выходной цепи усилителя при = 0.

В современных усилителях требования к величине могут быть весьма жесткими. При работе усилителя на переменную на­грузку, например трансляционную сеть с независимыми абонен­тами и др., отключение части потребителей энергии сигнала не должно приводить к заметному изменению напряжения на выходе , действующему при номинальной нагрузке. Для этого выход­ное сопротивление усилителя должно быть малым. Для ко­личественной оценки способности усилителя поддерживать посто­янство выходного напряжения используют коэффициент сброса

Н = | / | = |1 + / |.

Для высокого качества воспроизведения сигнала выходное со­противление усилителей звуковых частот должно быть много мень­ше сопротивления нагрузки, чтобы эффективно демпфировать (по­давлять) собственные механические резонансы подвижной систе­мы громкоговорителей. Коэффициент демпфирования К_Д = / . У высококачественных усилителей К_Д = 100 ... 1000.

5.3.2 Параметры усиления. Коэффициенты усиления определя­ют в установившемся режиме при гармоническом входном сигна­ле. Для пояснения смысла коэффициентов усиления воспользуем­ся структурной схемой на рис.5.5. При анализе усилительной техники используют различные коэффициенты усиления. Их отличие определяется тем, относительно какого вход­ного показателя ( _Г, , и пр.) оценивается выходной показа­тель усилителя ( , или ). Наиболее широко используют коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности.

Коэффициент усиления по напряжению – это отношение установившегося значения комплексной амплитуды на­пряжения сигнала на выходе усилителя (клеммы 2—2 на рис. 5.2) к комплексной амплитуде напряжения сигнала на его входе (клем­мы 1—1):

= / . (5.5)

Коэффициент усиления по току – отношение установив­шегося значения комплексной амплитуды тока сигнала в полез­ной нагрузке к комплексной амплитуде тока сигнала на его входе:

= / . (5.6)

В общем случае и – комплексные величины, за­висящие от частоты сигнала. Это обусловлено наличием в цепях усилителя реактивных элементов и инерционностью УЭ.

Особый интерес для практики представляют коэффициенты уси­ления в области средних частот, в пределах которых они не за­висят от частоты, являются действительными величинами.

Коэффициент усиления по мощности К_Р показывает, во сколь­ко раз мощность Р_Н, отдаваемая усилителем в заданную нагруз­ку, больше мощности Р_ВХ, подводимой к входу усилителя – клем­мы 1—1 на рис. 5.5.

Использование коэффициента К_СР для оценки усилительных свойств усилителей оказывается более удобным, так как его про­ще измерить и по нему с большим единообразием можно оцени­вать изменение усилительных свойств усилителей на различных УЭ при введении любого вида обратной связи.

Коэффициенты усиления К_СР, K_Iср и К_Р в (5.7) и (5.8) выра­жаются в относительных единицах. Часто эти коэффициенты удобно выражать в децибелах. При малых входных сопротивлениях усилителей, например, вы­полненных на БТ, введенных выше коэффициентов оказывается не­достаточно для оценки усилительных свойств всего усилителя в целом. Эти коэффициенты усиления не отображают степени ис­пользования ЭДС, тока или мощности источника сигнала. Поэто­му в этих случаях применяют так называемые сквозные коэффи­циенты усиления.

Сквозной коэффициент усиления по напряжению = (иног­да называемый коэффициентом усиления по ЭДС) представляет собой отношение установившегося значения комплексной ампли­туды напряжения сигнала на выходе усилителя (клеммы 2—2 на рис. 5.2) к амплитуде ЭДС источника сигнала

= / = , (5.9)

где – комплексная ампли­туда напряжения сигнала на выходе усилителя;

— коэффициент передачи входной цепи но напряжению.

Выразим через сопротивления входной цепи усилителя. Для этого обратимся к схеме на рис. 5.5. Используя очевидные соотношения для входной цепи усилителя получим:

= / = / ( + ). (5.10)

Из (5.10) следует, что чем больше входное сопротивление по отношению к , тем ближе  к 1 и коэффициент усиления по ЭДС ближе к коэф­фициенту усиления по напряжению.

В ряде случаев используют и коэффициент усиления номиналь­ной мощности источника сигнала, под которым понимают соотношение

= / ,

где Р_ВХНОМ — мощность, отдаваемая источником сигнала на вход усилителя при согласовании на входе. В этом случае  = 0,5 и на входе усилителя действует макси­мальная входная мощность, которую может обеспечить источник сигнала.

5.3.3 Коэффициент полезного действия. При работе усилитель по­требляет от источника питания некоторую мощность Р₀. Для оценки степени использования в усилителе этой мощности вводят коэффициенты полезного действия (КПД). Различают КПД: выходной цепи УЭ; выходной цепи усилителя; полный или промышленный КПД всего усилителя.

КПД выходной цепи УЭ, представляет собой отношение мощно­сти сигнала P_~, создаваемой в выходной цепи УЭ, к мощности Р₀, потребляемой выходной цепью от источника питания. Этот параметр обычно используют для оценки и сравнения эконо­мичности работы различных видов УЭ при различных способах их включения, разных режимах работы.

КПД выходной цепи усилителя, представляет собой отношение мощности сигнала Р_Н, отдаваемой в нагрузку усилителя, к мощ­ности Р₀, потребляемой выходной цепью от источника питания _ВЫХ = Р_Н/Р₀. Он учитывает потери мощности в выходной цепи усилителя, например в схемах защиты усилителя от короткого замыкания.

Полный или промышленный КПД всего усилителя, под кото­рым понимают отношение мощности сигнала Р_Н, отдаваемого в нагрузку, к суммарной мощности Р_, потребляемой всеми цепя­ми усилителя от всех источников питания. Этот КПД используют для оценки экономичности работы мощ­ных усилителей, а также при питании усилителя от батарей или аккумуляторов. Обычно _УС = 0,2 ... 0,7. Коэффициенты полезного действия, как правило, выражают в процентах.

5.3.4 Линейные искажения оценивают по АЧХ – рис. 5.3.

Частотные искажения обусловлены неравномерностью АЧХ в диапазоне рабочих частот усилителя. Нижней f_Н или верхней f_В граничной частотой называют частоту, на которой коэффициент К_U уменьшается до заданного (допустимого) значения относительно коэффициен­та усиления на средних частотах. Область частот от f_Н до f_В называют рабочим диапазоном частот. Область АЧХ, где распо­ложена частота f_Н или f_В, называют соответственно областью ниж­них или верхних частот.

Для сравнения АЧХ усилителей с различными значениями К_СР (кривые 1 и 2 на рис. 5.3, а) или оценки изменений АЧХ усили­теля при изменениях К удобно пользоваться нормированной АЧХ – (1.1).

Нормированные АЧХ усилителей, соответствующие рис. 5.3, a), представлены на рис. 5.3, б). Для оценки частотных искажений ис­пользуют также больше значение М или у отличается от 1, тем больше искажения

Частотные искажения выражают также в логарифмических единицах.

Допустимое значение М на граничных частотах в усилителе звуковой частоты (УЗЧ) составляет обычно 2 ... 3 дБ.

Фазовые искажения оценивают по ФЧХ. В случае, когда ФЧХ не искажает форму сигнала, она представляет собой линейную зависимость фазового сдвига от частоты.

Идеальная ФЧХ показана на рис. 5.4 штрих-пунктирной линией. Угол наклона этой линии, проходящей через начало ко­ординат, определяет групповое время запаздывания _З сигнала в усилителе. Фазовые искажения в усилителе обуслов­ливаются нелинейностью ФЧХ и определяются отли­чием реальной характеристики от идеальной – прямолинейной.

Линейные искажения в усилителях импульсных сигналов на­зывают переходными. Эти искажения оценивают по переходной характеристике (ПХ) усилителя. Переходная характеристика есть реакция h(t) усилителя на воздействие единичной функции 1(t) на его вход и представляет собой зависимость от времени мгно­венного значения выходного напряжения усилителя. Вид единичной функции 1(t) представлен на рис. 5.5, общий вид ти­пичной ПХ изображен сплошной линией, штриховой линией показана идеальная ПХ усилителя, не содержащего реактивных эле­ментов.

Переходные искажения разделяют на два вида: искажения на­чала или фронта импульса и искажения плоской вершины им­пульса. У большинства импульсных усилителей процесс установления фронта импульса происходит за время t_У, много меньшее длитель­ности усиливаемых сигналов. Поэтому для оценки искажений фронта импульса используют ПХ в области малых времен, ти­пичный вид которой приведен на рис. 5.6, а. Искажения фронта импульса в основном характеризуют временем установления фрон­та t_У и выбросом фронта _Ф.

Характеристики

Список файлов лекций