Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 29
Текст из файла (страница 29)
По аиду соединительных Кипой усилительных коскодов, Так как )снлнтельиые устроистиа строятся, как правило, на основе последовательного включения исскольких типовых каскадов, то различают усилители с гальванической (непосредственной) связью, предусматрнвакицнс передачу между каскадами си1нала как переменного, так и пос1окппого токов; усилители с РС-связямн, в которых между выходом предыдущего и входом последующего каскадов включают резистнвно-емкостную цепь, исключающую передачу сигналов постоянно>о тока; усилители с индуктивной (трансформаторной) связью, н которых между каскадамн включаегся ~ раисформатор, Ив )уо аиду нагрузки различают усилители с активной. актинии индуктивной н емкостной нагрузкой. На практикс встречаются также резонансные усилители, магрузка в которых обладает свой.
стаями резонансного контура. 6.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРНСТНКН УСНЛ НТЕЛЯ Важнейшими характеристиками усилителя являются; коэффициент усиления, полоса пропускания (диапазон рабочий частот усилителя), входное и выходное сопротивления, выходиая мощность, степень искажения усиленного сигнала и др. Коэффициент усиления †отношен установившихся значений выходиого и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления: по иапряжению Ко=б0х(А0б по току Кс=хххтй)б по мощности Кг- лРх(ЬРь где 0ь 0ь!и !х — действующие иапряжения и токи.
Так как гзР,=50иМ~ и брх=.з0яй(х, то коэффициент усиления во мощности Ке КиКг При каскадном соедииении нескольких усилительных устройств произведение нх коэффициеитов усиления определяет общий коэффициент усиления системы, т. е. К„,„К,Кх ... К„. (5.!) В общем случае коэффициенты усиления являются комплексными величинами, что отражает наличие фазовых искажений усиливаемого сигнала. В электроиике и автоматике широко используют логарифмические единицы оценки коэффициента усиления, который выражается в децибелах. !огда коэффициент усиленна по мощности Кя[АБ[ 10 1й(Р~/Р1) - !О.а Ц*. (5,2) Поскольку мощность пропорцноналыгз квадрату тока или иапряжеиия, для коэффициентов усиления по току и напряжению можно записать соответственно: К [дБ(= 2О!Е(У,Рд=2О 'ЕК; Ки[дБ) = 20 12(0з~0~) 2О 1Н Ко.
Логарифмическая мера оценки удобна при анализе многокаскадных усилителей. Действительно, общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя при переходе к логарифмическим единицам измерения определяется в отличие от (5.2) суммой коэффициентов усиления отдельных каскадов, т. е. К,вм[АБ|=К4дБ1+ + К2[дБ)+ ... т Кл[дБ!. 139 Рис. 54.
Амплитудно-час,огиаа (а) и логарифмическая аинлитукио-частотная (б) характеристики усилитеаьного устройства Полоса пропускання усилителя — дяапазон рабочих частот Ь>о в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже значения 1)У2=0,707 от своего максимального значения Киа», Завнснмость коэффнцнента усиления от частоты уснлнваемого сигнала называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя. Пример АЧХ показан на рнс. 5.4,а. Если восстановить перпенанкуляу нз точки на осн абсцнсс, соответствующей значенпю Ко,»т'у2, до пересечения с ЛЧХ, то не представляет труда графическим путем определить полосу пропугиання усилителя. Проекция на ось абсцисс первой точкн.
пересечения соответствует нижней (ыч), а второй — верхней (оы) частотна> пропускання усилителя. Тогда полоса пропускання де> =- е> — ми. Если коэффнцнент усиления измеряется в децнбелах, то значениям граничных частот усиления >„н о>а соответствует уменьшенне коэффициента усиления иа 3 дБ (рнс. 5.4,б). Для удобства вэанмного го>иитанлення АЧХ усилителей с раз.
личными зпаченнямн Ка,.„нх обычно нормнруют, представляя вы. ходнс>й параметр в ин,н относительной велнчнны, т. е, Л> (ги) 'К(»ч)/Лм»»» где К(и>) н Км»» — ко>ффнциент усиления нз частоте е> и максимальное значение коэффициента уснлення. Прнменнтельио и ЛЧХ, показанной на рнс. 5.4,а, нмеем Луг>( ) = Ко(е>'тК>> Вынолннв рэсче>ы Фо(н>), соответствующие различным значениям Ко(о>), не представляет труда перейти от реальной АЧХ усцлнтеля к его нормированной АЧХ. !40 ' Рнс, 5.5, Нормнроианлме амплитудно частотиме характеристики усилителей постоинного 1а) и переменноного (6) токов Рис.
Зб. Попадание нелинеаимк искажений а усилителе В качестве примера на рис. 5.5 приведены нормированные АЧХ усилителей постоянного н переменного тока. Входное и выходное сопротивления — важнейшие параметры усилительных устройств. Их значения должны учитываться прн согласовании усилительного устройства как с источником входного сигнала (датчиком), так и с нагрузкой. В общем виде значения входного и выходного сопротивлений носят комплексный характер н являются функцией частоты.
Последняя зависимость особенно важна в случае действия на входе усилительного устройства непериодическхгго сигнала. Входное и выходное сопротивления определяются выражениями Е (в) = (у ( ) / ( ) при Р„= сопз1; (5. 3) Л„п(в) =1Уаиаа(в) — У (в)]'!„(в), (5.4) Часто на практике интересуются только активными составляющими входного и выходного сопротивлений. В этом случае для ннх справедливы следующие выражения: 141 Я )т, == (У~/У,)я„- Йр~д ях (цюа ~ ~а~~й~вы» Омам)уыь где 0ы — напряжение холостого хода на выходе усилителя (Й„сю); lз, — ток короткого замыкания (Й„О).
Выходная мощность усилители — зто та часть мощности, которая может быть выделена в нагрузочном устройстве. В случае актнвкой нагрузки она равна ° вых - ~'3 - уз К~ - ('~бн. где 6„)/Й, — проводимость нагрузочного устройства. Искаженйе сигналов в усилителе связано, во-первых, с нелинейной зависимостью выходного сигнала от входного, обусловлен. ной нелинейностью статических ВАХ применяемых элементов, и, во-вторых, с частотной зависимостью аплптуды н фазы уснливаемого сигнала. Поэтому при анализе работы усилителей рассматривают два вида искахсеннй выходного сигнала но отношению к входному: статические (нелинейные) и динамические (амплятудные и фазовые).
в результате которых изменяется как форма, так и частотный спектр уснливаемого сигнала. Динамические искажения иногда называют линсйнымн искахсениями. Причина возникновения нелинейных искажений поясняется па рнс, 5,6. Очевидно, что в данном случае при воздействии на вход усилительного устройства гармонического сигнала, выходной сигнал кроме входной гармоники будет содержать ряд дополнительных гармоник. Появление этих гармоник обусловлено зависимостью коэффициента усиления от величины входного сигнала. Следовательно, появление нелинейных искажений всегда связано с появлением на выходе дополнительных.
отс)тствуюших на входе, гармонических состввляюшнх сигнала. Для количественной оцеикя нелинейных искажений служит коэффициент нелинейных пгкикгннй (коэффициент гармоник) К„ в основу расчета которого положена оценка относительной величины высших гармоник к основной в выходном сигнале, т. е. К„= )/ А, ')- А'+ ... + Аз!Ао (5.5) где Аг ...
А, — действуя)шие значения высших гармоник выходного сигнала, начиная со второй; А, — действующее значение первой (основной) гармоники выходного сигнала. Частотные искажения усилительного устройства оцениваются по виду его амплитудно-частотной характеристики АЧХ. Причины возннкйовення частотных искажений рассмотрим на примере устройства, АЧХ которого приведена на рис.
5.7,а. Предположим, что на входе усилительного устройства действует сигнал, равный сумме Ня к ../оа «лам 6!у еу а) Рис. Э 7. Ноеиикиоиеиие мс тотиык искал оии» и усилителе в — аыплнтувно чпетотнан чвввк теинетнка уенлнтела. л — ачовпые ыинвлы усплнтела, и — виновные ентпввы уенлнтпла двух гармоник одинаковой амплитуды. причем ыэ=2нч (рис 8.7,б) Согласно приведенной АЧХ (рнс.
5.7, а) А~ (ои) =2Ки(отт). Тогда напряжение на выходе усилителя примет вид, показанный на рнс. 5.7,в. Сравнение суммарного входного и.,к н выходного и сигналов показывает, что они существенно различны. Из приведенных рассуждений видно. что идеальной (с точки зрения отсутствия частотных искажений) является АЧХ, у которой для всех усиливаемых частот выполняется соотношение Аи(ы) =сопя(. Количественно частотные искаженна оцениваются коэфрит(иеитом частотных искажений М, численно равным отношению коэффициента усиления в области средних частот для амплитудно- частотной характеристики к коэффициенту усиления иа заданной частоте М вЂ” К (~,„)/К (~).
Фазовые искажения возникают из-за неравномерности фазочастотной характеристики (ФЧХ) усилительного устройства (сплошная кривая н» рис. 5.8,а). Условием идеальности ФЧХ является условие независимости фазы от частоты уснлнваемого сигнала (штриховая линия на рис. 5.8,а), которая соответственно описывается линейной зависимостью вида р(ие) =сонат. Однако условие независимости фазы от частоты иа практике трудно обеспечить и ФЧХ имеет аид сплошной линни иа рнс Ь.й,а.
рассмотрим на примере природу возникновения фазовых нскаже- !43 и» Рнс. 88. Вовнгснннвенне фвннныа нснан енна в уснлнтеле: а — чанг частотная аарантарнстнаа рснлнтялн1 6 — аначлные снгналн Гснлггттлн ннй в усилительном каскаде. Предположим, как и в случае амплитудных искажений сигнала. что на входе усилительного устройства действует сигнал, раниый сумме двух гармоник, причем частоты этих сигналов отличаются в 2 раза, т. е. лрр 2сн~ (см. рнс.
5.7,а». Предположим также, что фазовый сдвиг йр(нт), вносимый усилительным устройством между частотамн нн н ыь равен и/2. Вид выходного сигнала усилительного устройства прн сделанных допущениях показан на рнс, 5,8,б. Очевидно, что (как н в предыдущем случае) формы входного н выходного сигналов существенно различны. Следует заметить, что так как на практике в усилительном устройстве используются только минимально фазовые звенья, то между его ЛЧХ н ФЧХ существует однозначная взаимосвязь. Поэтому рассмотренные примеры являются идеализированными и в реальном устройстве отделить частотные искажения от фазовых не представляется возможным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
