Реферат: Усилители на биполярных транзисторах
К числу
основных электрических показателей, характеризующих работу усилителя, относятся
следующие:
–
коэффициент передачи или коэффициент усиления;
–
динамическая и амплитудная характеристики;
–
динамический диапазон;
–
предельная чувствительность;
–
амплитудно-частотная характеристика;
–
фазочастотная характеристика;
– амплитудно-фазовая
характеристика;
– линейные
искажения: оцениваются соответствующими коэффициентами линейных (частотных и
фазовых) искажений; нелинейные искажения: оцениваются разнообразными
коэффициентами (коэффициент нелинейных искажений коэффициент интермодуляцйи и
т.п.).
Коэффициент
передачи
Коэффициент
передачи — это функция, определяемая как отношение выходного сигнала усилителя
к его входному сигналу. В зависимости от формы математического представления
самих сигналов различаются и формы представления коэффициента передачи
(наиболее распространены операторные формы по Фурье или Лапласу, а
соответствующие коэффициенты передачи иногда называют операторными
коэффициентами передачи). При рассмотрении высоколинейных схем, которые не
вносят в усиливаемый сигнал амплитудных искажений и фазовых сдвигов, вместо
комплексной функции операторного коэффициента передачи оперируют более
понятными, имеющими достаточно простую интерпретацию коэффициентами усиления.
Различают:
коэффициент
усиления по напряжению
 — где  и
амплитудные
или действующие значения выходного и входного сигналов;
коэффициент
усиления по току
 —где  и 
амплитудные
или действующие значения выходного и входного токов.
коэффициент
усиления по мощности
Довольно
часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах — децибелах,
[дБ]:
Логарифмические
единицы удобны тем, что если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов
или узлов усилителя, то его общий логарифмический коэффициент усиления
находится как алгебраическая сумма логарифмических коэффициентов усиления
отдельных каскадов:
 =К1
К2К3...;
Более того,
логарифмические единицы оказались настолько удобны при проектировании схем, что
появился даже ряд производных от них величин. Например, мощность сигнала в
схеме часто оценивается по отношению к уровню мощности в 1 мВт. При этом со
знаком "+" или "-" пишется разность в децибелах текущего
уровня мощности от уровня 1 мВт, который принимается за точку отсчета. Такие
единицы принято обозначать дБм (децибел милливатт), т.е., например,
сигнал мощностью 1 мВт в таких единицах равен 0 дБм, сигнал 10 мВт — +10 дБм,
0,01 мВ т — -20 дБм и т.п. Точно так же можно выражать и напряжение сигнала,
при этом только необходимо зафиксировать сопротивление нагрузки, на котором
обеспечивается данное напряжение. В высокочастотной технике используются
единицы дБмкВ (децибел микровольт). Здесь за нулевую принимается точка в
1 мкВ, а сопротивление нагрузки всегда считается равным 50 Ом.
Динамическая
и амплитудная характеристики
Динамическая
характеристика представляет собой зависимость мгновенного значения выходного
напряжения  от
мгновенного значения входного напряжения UBX(t) при гармоническом
входном воздействии. Зависимость амплитудного значения первой гармоники
выходного напряжения от амплитуды синусоидального входного напряжения
называется
амплитудной характеристикой. Точка окончания линейного участка динамической
характеристики носит название точки компрессии.
Динамический
диапазон
Отношение
(в децибелах) наибольшего допустимого значения амплитуды входного напряжения к
ее наименьшему допустимому значению называется динамическим диапазоном амплитуд
(или просто динамическим диапазоном). Максимально допустимая амплитуда входного
напряжения усилителя ограничена искажениями сигнала, вызванными выходом рабочих
точек усилительных каскадов за пределы линейного участка характеристики управления
(точка компрессии). В то же время минимальная амплитуда обычно ограничена по
величине (снизу) уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых полезный
сигнал не удается выделить с надлежащим качеством.
Амплитудно-частотная
характеристика
Амплитудно-частотная
характеристика (АЧХ) — зависимость модуля коэффициента передачи от частоты
входного сигнала.
Фазочастотная
характеристика
Фазочастотная
характеристика (ФЧХ)— зависимость сдвига фазы между входным и выходным
напряжением от частоты или фаза коэффициента передачи.
Рабочий
диапазон частот
Рабочий
диапазон частот(диапазон пропускаемых частот или полоса пропускания)
представляет собой некоторый интервал значений частоты от fH до fB,
внутри которого коэффициент усиления изменяется по определенному закону с
известной степенью точности. Например, высококачественный усилитель низкой
частоты должен характеризоваться законом К = const в диапазоне частот сигнала
от fmin = 10 Гц до fmax = 20 кГц. Если к усилителю не
предъявляются какие-либо специальные требования, то рабочий диапазон частот
определяют на уровне 3 дБ, т.е. границами полосы пропускания являются частоты,
на которых коэффициент усиления уменьшается не более чем в раза.
Амплитудно-фазовая
характеристика
Амплитудно-фазовая
характеристика (АФХ) — зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига
усилителя от частоты, построенная в полярной системе координат. Она объединяет
в себе амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики усилителя и
представляет собой годограф комплексного коэффициента передачи.
Понятия об
АЧХ, ФЧХ и АФХ становятся определенными лишь по отношению к линейным
усилителям.
Переходная
характеристика
Переходная
характеристика — зависимость от времени выходного напряжения усилителя, на вход
которого подан мгновенный скачок напряжения. Эта характеристика дает
возможность определить переходные искажения, которые в области малых времен
характеризуются фронтом выходного напряжения и оцениваются временем
установления и выбросом фронта. В области больших времен искажается вершина
импульса. Эти искажения оценивают относительным (в %) значением спада плоской
вершины к моменту окончания импульса.
Линейные
искажения
Отклонения
частотных характерастик от идеальных в рабочем диапазоне частот называются
частотными искажениями. Мерой частотных искажений является нормированное
(относительное) усиление на границах рабочего диапазона частот, которое
определяется как отношение коэффициента усиления на границе рабочего диапазона
(КН, КВ)к коэффициенту усиления на средней рабочей
частоте (К0):
 ;
 ; 
Часто
используют величину, обратную нормированному усилению. Она носит название
коэффициента частотных искажений.
MH=1/GH;
MB=1/GB.
Вследствие
отклонения реальной фазочастотной характеристики усилителя от идеальной в нем
имеют место фазовые искажения. Они вызваны неодинаковым сдвигом по фазе
отдельных гармонических составляющих спектра сигнала сложной формы, что
обусловлено наличием в цепях усилителя реактивных компонентов и инерционными
свойствами полупроводниковых приборов. В результате такого неодинакового сдвига
по фазе отдельных гармоник форма сигнала на выходе усилителя может стать
существенно отличной от формы входного сигнала. Если вносимый усилителем
фазовый сдвиг на частоте п-й гармоники пропорционален частоте  , то сигнал на выходе
усилителя окажется смещенным во времени на величину  . Ее называют временем задержки
или временем фазового пробега. Таким образом, если  — вносимый усилителем фазовый
сдвиг на частоте п-й гармоники — пропорционален частоте ( ), то взаимное
расположение гармоник, а следовательно, и форма сигнала не подвергаются
изменению.
На практике
можно лишь с той или иной точностью приблизиться к идеальным частотной и
фазовой характеристикам в полосе пропускания  f=fB —fH, в
пределах которой находится спектр усиливаемого сигнала.
Нелинейные
искажения
Искажения,
возникающие в усилителях вследствие нелинейности передаточных характеристик электронных
приборов и характеристик намагничивания сердечников трансформаторов, называются
нелинейными искажениями. При наличии нелинейных искажений в усилителе (в
реальных усилителях они есть всегда) на его выходе возникают новые частоты
(гармоники), отсутствующие во входном сигнале.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |
