Искажение сигнала при усилении

АЧХ – это математическое или графическое представление зависимости коэффициента усиления от частоты.

АЧХ → Ku = f (F)

Пример АЧХ усилителя:

√2 раз взят, потому что при изменении тока в телефоне в √2 раз и менее, человеческое ухо не фиксирует изменения громкости.

Искажение сигнала при усилении

Непрямолинейность АЧХ говорит о наличии частотных искажений.

Частотное искажение – это различный коэффициент усиления для разных частот.

Частотные искажения обусловлены реактивными сопротивлениями цепей.

X_с = 1/(2πfC)

X_L = 2πfL

Частотные искажения характеризуются коэффициентом частотных искажений:

M_F=K_U0/K_UF,

где K_U0 – коэффициент усиления на частоте F0;

K_UF - коэффициент усиления на частоте F.

Частотные искажения называются линейными искажениями, поскольку они вызываются линейными элементами L и С. Эти же элементы вызывают фазовые искажения сигнала при усилении.

Фазовые искажения – это различный сдвиг фаз Uвых от Uвх при разных частотах.

Существуют нелинейные искажения, они обусловлены нелинейными элементами цепи (пример – полупроводниковые приборы). Нелинейные элементы вызывают искажения формы сигнала.

Все виды искажений характеризуются своими коэффициентами.

3) Динамический диапазон входных напряжений удобно определять и показывать на амплитудных характеристиках Uвых m = f (Uвх m) – это зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного.

Пример амплитудной характеристики.

D = U_{вх m max} / U_{вх m min} – определение динамического диапазона входных напряжений

4) КПД усилителя

η = Р_вых / Р_ист,

где Р_вых – мощность сигнала на выходе;

Р_ист – мощность выделяемая источником.

Тема 5.2 Усилительный элемент (каскад)

1. Усилитель на БТ с фиксированным током базы – схема №1:

1.1 Динамическая выходная характеристика;

1.2 Роль элементов в схеме;

1.3 Рабочая точка;

1.4 Графический анализ работы схемы. Постоянная и переменная составляющая тока коллектора.

2. Упрощенный расчет элементов схемы.

3. Усилитель на БТ с фиксированным напряжением базы – схема №2

3.1 Назначение и расчет элементов схемы

4 Режим работы усилителя. Методы стабилизации режима работы, схема №3 .

4.1 Создание и применение режимов работы. Схема №4.

1. Усилитель на БТ с фиксированным током базы – схема №1.

Роль элементов:

R_б – обеспечивает начальное напряжение на базе, которое называется напряжением смещения на базе U_бэА. Это напряжение заранее открывает транзистор, поэтому схема реагирует на любые достаточно малые по амплитуде сигналы (смотри входную характеристику).

R_к – выполняет две функции:

1) Rк образует делитель напряжения с транзистором

2) Rк ограничивает ток коллектора так, чтобы он не превышал допустимого значения:
I_{k max} = E_k/R_k ≤ I_кдоп, значит R_k ≥ E_k/ I_кдоп.

Состояние покоя схемы – это состояние схемы при U_вх = 0.

Параметры схемы в состоянии покоя обозначаются с индексом А (например U_бэА).

Чтобы проанализировать работу схемы, рассмотрим понятие выходной динамической характеристики – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектора-эмиттера, когда Е_к, R_к = const. -- I_k = f(U_кэ), при Eк, Rк -- const

Получим уравнение выходной динамической характеристики каскада из второго закона Кирхгофа для цепи коллектора:

E_к = I_к · R_к + U_кэ отсюда следует:

I_к = (E_к -U_кэ)/R_к -- уравнение выходной динамической характеристики (1)

.

Из формулы (1) следует, что графиком выходной динамической характеристики служит прямая линия, которая называется нагрузочная прямая.

Построение нагрузочной прямой

Для построения достаточно указать в системе координат две точки.

Например:

M (U_кэ=0; I_к = Е_к/R_к)

N (U_кэ = Е_к; I_к=0)

А (U_кэА; I_кА; I_БА)

Пример 1.

Дано:

E_к = 12 В

R_к = 0,4 кОм = 400 Ом

Построить нагрузочную прямую.

Решение:

M (U_кэ=0; I_к=0,03А=30мА)

N (U_кэ=12В; I_к=0)

Рабочая точка (А) – это точка на нагрузочной прямой, соответствующая состоянию покоя схемы.