Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В общем случае хт = гт+)х,. В технических УсловиЯх вместо Е~ обычно задаетсЯ активное сопротивление )ст, равное хт= ) г~т+х'з на средней частоте (о. Нагрузкой для усилителя звуковоспроизводящего устройства является сопротивление акустической системы или громкоговорителя, равное 8 Ом, реже 4 или !6 Ом. Для усилителей большой мощности нормируется не )ст, а номинальное выходное напряжение, установленное равным 240 В (при Рт(250 Вт предусматривается дополнительное значение Ут= 120 В), что позволяет опре делить Рь Например, при Рк=15 кВт Лс=3,84 Ом, а при Рс = 50 Вт и Ус= 120 В Юг=288 Ом.
2 — 1 ЗЗ ~Многие виды широкополосных усилителей (телевизиониые, для многоканальной связи и др.) работают на нагрузку, подключаемую через коаксиальный ,кабель, с которым она согласована. В этих условиях % равно характеристическому сопротивлению кабеля 2„чаще всего 75 Ом. Выходное сопротивление усилителя в области средних частот обычно оказывается активным, причем у УЗЧ оно должно быть во много раз меньше сопротивления нагрузки. Это обеспечивает, например, эффективное демпфирование свободных колебаний подвижной системы громкоговорителя, необходимое для четкого воспроизведения звука. Отсюда появился еще один показатель — коэффициент демпфирования, равный отношению сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя: йд = )~зИ)~вых~ (2.67) который для усилителей высшего класса составляет 10 ...
100. Для усилителей, работающих на переменную нагрузку (в частности, усилителей радиотрансляпионных узлов), нормяруется изменение выходного напряжения при отключении нагрузки на частоте 400 Гц для ! класса качества не свыше 2 дБ, т. е. в 1,259 раза, чему отвечает отношение 17гЯ,Ы,=3,86. Гели нагрузка связана с усилителем через кабельную (или воздушную) линию большой протяженности, то необходимо со,гласование на входе линии, т. е. )гвых 2с. Ко входным параметрам относят ЭДС источника сигнала Еь его выходное (внутреннее) сопротивление 2ь входное сопротив'ление усилителя 2ах или Ь~~к,' иногда 2вм представляют в форме параллельно соединенных )7вк и Свх.
Вместо ЭДС Е, может быть указано номинальное входное напряжение (7ь В общем случае напряжение питания подается от нескольких источников, причем потребляемая от них мощность может за~висеть или не зависеть от амплитуды сигнала. Основной интерес обычно представляет суммарная мощность Ра при номинальной выходной мопшостн Р, и полный (промышленный) КПД ~)у Рз7Ра~ который обычно не пренышает 60 ... 70%. 2.9. ВНУТРЕННИЕ ПОМЕХИ Если при отсутствии сигнала (или напряжения другого происхождения) на входе возникает напряжение на ныходе усилителя, то оно классифицируется как внутренние помехи. Наибольшее влияние оказывают помехи типа фона, шума и дрейфа.
2.9.ь Фон сйон представляет собой постороннее напряжение на выходе усилителя, частоты составляющих которого кратны частоте сети переменного тока, от которой ведется питание усилителя или к ад кото оторои он близко расположен. Фон возникает вследствие питания у ия усилителей от выпрямителя с недостаточно сглаженным напряжением, а также нитей накала электронных ламп переменным оком Другой причиной появления фона является наведение переменной ЭДС (особенно в цепях первых каскадов) электрическими и магнитными полями, существующими вблизи проводов сети и силовых (выпрямительных, накальных и т.
д.) трансформаторов. Для снижения уровня фона необходимо повышать степень сглаживания пульсаций напряжения выпрямителя, осуществлять питание ламп первых каскадов от источника постоянного тока или заменить их полупронодниковыми приборами, использовать отрицательную обратную связь, а для борьбы с наводками применять экранирование. Фон практически незаметен, если его напряжение на выходе на 60 ... 70 дБ ниже номинального выходного при частоте фона не свыше 100 Гц — минимальной частоты для УЗЧ 1 и высшего класса. г.в.ь тапловов шки «Шумом» принято называть флуктуационные помехи, возникающие из-за хаотического теплового движения свободных электронов, дробового эффекта и т. д.
Флуктуационная ЭДС зависит от термодинамической температуры и активной составляющей сопротивления проводника (участка цепи) Р. Она не является периодической функцией времени, и ес составляющие занимают равномерный сплошной спектр от ) ы=0 до 1,„=10" Гц (составляющие, на частотах которых коэффициент усиления очень мал, не представляют интереса).
Если в пределах относительно узкой полосы Л( активная составляющая комплексного сопротивления рассматриваемой цепи Х=)г+)Х практически остается постоянной, то квадратичная сумма составляющих определяется из выражения Е' и = 4 ИТГхй (, (2.68) где 1=1,38 1О-ю Дж/К вЂ” постоянная Больцмана; Т вЂ” термодинамическая температура; причем Е в выражено в вольтах, Й вЂ” в омах;,ф — в герцах.
Отсюда следует, что любая электрическая цепь может быть представлена независимым источником шумовой ЭДС Ешв= 7 4ЙТРЬ| (рис. 2.28, а), частоты составляющих кото. Рой заключены в полосе частот Л), а внутреннее сопротивление на некоторой частоте 1, соответствующей середине полосы Л1, равно 2=7)+)Х. Если элсктрическая цепь состоит из двух параллельных ветвей, то более удобным оказывается представление источника теплового шума в виде источника шумового задающего тока Тз шя =Ещл)Р =-4ИОЬ ~ (2.69) 2* 35 (рис. 2.28,б), присоединенного параллельно к проводимости цепи у=а+«в. Непроволочиые резисторы (обладающие сложной структурой, подобно угольному микрофону) создают более высокий уровень шума, чем проволочные, но этот эффект заметен при прохождении Рис.
3.28. Представление источников теплово- го шума через иих тока. При токе, соответствующем номинальной мощности резистора, ЭДС шума может превышать найденную по формуле (2.68) на два-три порядка (4). 2.2.3. ШУМЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Шумовые свойства транзисторов и ламп определяются следующими составляющими: дробовым шумом; шумом, обусловленным распределением тока между электродами усилительного элемента; шумом, вызванным эффектом мерцания, свойственным эмитирующему электроду (фликкер-эффект); тепловым шумом, практически отсутствующим у приборов с высоким входным сопротивлением (полевых транзисторов и ламп). Их влияние удобно отобразить, представив усилительный элемент как шумящий четырехполюсиик, эквивалентная схема которого содержит один или несколько шумовых источников ЭДС и задающего тока.
Суммирование эффектов от этих источников выполняется различно в зависимости от их связи, выражаемой коэффициентом корреляции йкср, значение которого изменяется от — 1 до 1. Коэффициент корреляции — отношение среднего значения произведения двух переменных к квадратному корню из произведения их средних,квадратов. Например, в случае двух ЭДС й„,р=егзв/)' е~~е~в. Понятие о коэффициенте корреляции можно распространить и на гармонические колебания, когда ет=)Г2Евсоза« и зв= Ъ~2Евсоз(а!+Ч). Так как а а ™~2ЕТЕ соза1соз(а)+ей)г«(а)) Е2Евсоз Ф' в ва ав ~32= ~ 2Еввоозва1Н(а«)= Е', н евв= ~ 2Евтсозв,(а1+у)д(а9=Евв.
в в тО Ф„,р Е, Е, ООЗУ5У ЕВ, Ув еаОЗ а, $6 а квадрат результирующего значения двух колебаний равен геометрической сумме Е1 и Ег' Еа=Е'~+2ЕзЕасозцз+Ета. При суммировании шумовых ЭДС средний квадрат суммарного колебания находится по выражению Е = Е, + 2йио и Е, Е + Е' . (2.70) Прн л„, =0 источники шума статистически независимы и суммирование их действия ведется по квадратичному закону. Например, при параллельном соединении двух сопротивлений (рис.
2.29) яг "а Рис, дтпл. К определению результирующего напряжейия шума при паралдельном соединении сопротиелеиия я1 н ттз аз квадрат напряжения шума, создаваемого сопротивлением тст, равен квадрату ЭДС Еаши =4иТтт1Ь(, умноженному на коэффициент передачи напряжения (тта/(т7з+ттг))а; аналогично определяется составляющая напряжения шума, создаваемого сопротивлением Яа. Сумма квадратов этих составляющих: (7'я=4ИТРаб|~ * ~ +4ИТКаЦ~ т 1 =ОТ а ' Ь|. 1йт+йа / ~ да+да / йт+Ьа Этот же результат может быть получен и по формуле (2.68), так как ЛЯа/Я~+)7а) представляет собой результат параллельного соединения сопротивлений Й, и тта.
При миср — 1 или йнор= — ! составляющие шума оказываются полностью коррелированными и их суммирование ведется по линейному закону. В общем случае шумовые составляющие оказываются частично коррелированными (0((й„,) «1). Каждая из них содержит долю, находящуюся в 100%-ной связи с другой составляющей, оставшиеся доли составляющих шума — некоррелированы. Так, при наличии двух составляющих Е1 и Еь характеризуемых,коэффициентом корреляции йнор, Е =йнор(Ет+Еа) +(1 лиар)(Ет+Е а) =Е т+ "нор т а+ а. Найденный результат совпадает с 12.70).
Следует отметить, что коэффициент корреляции может представлять собой комплексную величину, при которой суммирование составляющих становится еще более затруднительным. Поэтому прн анализе сложных шумящих цепей рекомендуется их представлять такими эквивалентными схемами, которые содержат только статистически несвязанные источники шума. распространенной мерой оценки влияния флуктуационных помех является коэффициент шума Š— отношение мощности суммарного шума (шума от всех возможных его источников) на вы- Зт ходе усилителя,к мощности теплового шума, создаваемого на выходе источником сигнала: =Р ~Р (2.71) где Р, = Кл 4йТК, Ь ///г„ (2.72) Кв=(/з/Е~ — сквозной коэффициент усиления; Я~ и /7з — сопротивления источника сигнала и нагрузки (рис.
1.2). Коэффициент шума нередко выражают в децибелах, используя соотношение А =-10)аР . (2.73) Коэффициент шума зависит от частоты и сопротинлеиня источника сигнала, достигая минимума при определенном значении /7г= Рг ср1. Другим показателем, выражающим степень влияния помех, является отношение номинального напряжения сигнала к напряжению помехи на выходе а, = (/~(/,„х, (2.74) которое оказывается наибольшим при минимальном коэффициенте шума. В этом несложно убедиться, если принять во внимание, что (/з=Кв(/ь а (/зшх = Кв 3Г4йГР,А/Р . Коэффициент шума является одним из параметрон транзистора; его значение приводится в справочниках для комнатной температуры (25'С) н определенного значения к„(обычно принимаемого равным 600 Ом для биполярного транзистора и 1 МОм для полевого на частотах от 1 кГц до сотен мегагерц при определенном постоянном токе).
Для снижения уровня шума и повышения отношения сигнал-шум следует выбирать для первого, каскада усилителя малошумящие транзисторы (например, типа КТ371 и КТ382) и особенно полевые, у которых коэффициент шума значительно меньше. Важно также не допускать перегрева транзистора. Применительно к определенному шуму транзистора для уменьшения коэффициента шума напряжение питания (коллекторное, истоковое) не должно превышать нескольких вольт при небольшом— не свыше 1 ... 3 мА на потребляемом токе, кроме того, следует обеспечить согласование по отношению сигнал-шум, достигаемое при Р„=Р„,„ь Практически для реализации этого условия можно между источником сигнала и входной цепью усилительного элемента первого каскада включить трансформатор. Для оценки флуктуационных помех используются также напряжение шума на входе усилителя (/и.=(/з /К, относящееся ь заданной узкой полосе частот и определяемое путем деления (/и, на квадратный корень из Ь/, обычно принимаемой 1 Гц, иногда 1 кГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
