Реферат: Усилители на биполярных транзисторах
Общий
уровень нелинейных искажений количественно оценивается коэффициентом нелинейных
искажений (коэффициентом гармоник):
 ,
где  , — амплитуды
1-й, 2-й, 3-й и т.д. гармоник выходного сигнала.
Практически
имеют значение только вторая и третья гармоники. Обычно коэффициент нелинейных
искажений выражается в процентах. Например, для усилителей низкой частоты
простейшей бытовой радиоаппаратуры максимальным приемлемым уровнем можно
считать 15...20%, а для высококачественных усилителей современной
стереоаппаратуры коэффициент нелинейных искажений составляет десятые или даже
сотые доли процента.
Еще один
вид нелинейных искажений обусловлен появлением в выходном сигнале т.н.
комбинационных частот, т.е. частот, получающихся как сумма или разность между
любыми (в т.ч. и первыми) гармониками различных сигналов, присутствующих на
входе усилителя. Такие искажения принято называть интермодуляционными
искажениями. На практике имеют значение интермодуляционные искажения второго и
третьего порядков (если  и f2 — частоты,
присутствующие на входе, то интермодуляционные искажения второго порядка
обусловлены наличием на выходе усилителя сигналов с частотами f1 ±f2,
а интермодуляционные искажения третьего порядка — с частотами 2 ±f2 и 2f2
± ).
Коэффициентом интермодуляции называется отношение мощности интермодуляционных
составляющих на выходе усилителя к минимально возможной выходной мощности
полезного сигнала, превышающей уровень собственных шумов усилителя.
Абсолютный
уровень интермодуляционных искажений принято оценивать по положению т.н.
интермодуляционных точек. Если линейный участок динамической характеристики
условно продлить в области высокой входной мощности (когда эта характеристика
на самом деле уже не линейна) и одновременно наложить на этот график линию,
отражающую суммарную мощность интермодуляционных составляющих второго
(третьего) порядка, то точка пересечения этой линии с продленным графиком
называется, соответственно, точкой интермодуляции второго (третьего) порядка.
В реальных
схемах интермодуляционные искажения второго порядка часто растут медленнее
интермодуляционных искажений третьего прядка. Так что интермодуляционная точка
третьего порядка лежит ниже (соответствует меньшему уровню входной мощности)
интермодуляционной точки второго порядка и имеет большее значение.
Помимо
интермодуляционных точек часто говорят о соответствующих им динамических
диапазонах по интермодуляции. Выше мы уже дали определение амплитудного
динамического диапазона как отношения амплитуд сигнала в точке компрессии и в
точке его возможного минимума (определяется собственными шумами). Аналогично
вводится и понятие динамического диапазона по интермодуляции, т.е. диапазона
уровней мощности входного сигнала, в котором обеспечивается его
"безынтермодуляционная" обработка. Снизу такой диапазон также
ограничен уровнем собственных шумов усилителя. А вот его верхняя граница
определяется как точка, в которой уровень соответствующих интермодуляционных
помех становится выше уровня собственных шумов, т.е. эти помехи начинают
оказывать на выходной сигнал влияние большее, чем собственные шумы.
Коэффициент
шума
Коэффициент
шума характеризует уровень шумов (искажений случайного характера, обусловленных
различными механическими, тепловыми, молекулярными, электронными и т.п.
процессами в радиокомпонентах и соединительных проводниках), привносимых в
сигнал при его прохождении через усилитель. В реальных условиях сигнал уже
содержит шумы, когда поступает на вход усилителя. Поэтому коэффициент шума
определяется следующим образом:
 — мощность
шумов на входе усилителя;
 — мощность
шумов на выходе усилителя;
 — мощность
полезного сигнала на входе усилителя;
 — мощность
полезного сигнала на выходе усилителя;
 — собственная
мощность шумов (мощность добавляемых в сигнал шумов).
Коэффициент
полезного действия
Коэффициент
полезного действия (КПД) отражает эффективность усилителя. Он равен отношению
полезной выходной мощности (мощности полезного сигнала) к мощности,
затрачиваемой источником питания на функционирование усилителя:
Выходная
мощность
Номинальная
выходная мощность — мощность полезного сигнала на
выходе усилителя при работе на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте
гармоник или нелинейных искажений, т.е.максимальная мощность, при которой не
превышается заданный уровень искажений.
Входные
и выходные параметры усилителя
Помимо
параметров, описывающих работу усилителя в целом, не менее важными являются
характеристики его входной и выходной цепей. К ним относят в первую очередь
входное и выходное сопротивления усилителя:
 где
 — номинальные
амплитудные значения напряжения и тока первой гармоники на выходе усилителя.
В
высокочастотных усилителях значительными становятся реактивные составляющие,
поэтому здесь должны рассматриваться комплексные амплитуды:
Комплексные
величины ,  называют,
соответственно, входным и выходным импедансом усилителя. В диапазоне СВЧ, где
анализ цепей производится в терминах их волновых свойств, для оценки параметров
входных и выходных цепей усилителя могут применяться соответствующие
коэффициенты отражения по входу/выходу
7. Обратные связи в усилителях
Одной из
особенностей электронных усилителей является то, что они обладают
преимущественно однонаправленной передачей сигналов, т.е. такой, при которой
прохождение сигнала со входа на выход существенно лучше, чем обратное
прохождение с выхода на вход. Однако иногда такое прохождение (с выхода на
вход) может оказаться полезным (в какой-то мере это всегда и неизбежно ввиду наличия
внутренних паразитных связей в транзисторах усилительного каскада). В этом
случае говорят о введении в усилительный каскад цепей обратной связи (ОС).
Цепи ОС
позволяют существенно влиять на многие параметры усилительных каскадов. В
первую очередь к ним относятся: коэффициент усиления, амплитудно-частотная
характеристика, входное сопротивление и т.п. Различают положительную (ПОС) и
отрицательную (ООС) обратные связи. Возникающие помимо желания разработчика
обратные связи принято называть паразитными.
Для
реализации обратных связей могут использоваться самые разнообразные
схемотехнические решения. В общем случае в транзисторных усилительных каскадах
имеет смысл различать обратную связь по току и обратную связь по напряжению.
Вообще,
изучение видов, способов реализации и характера влияния различных ОС на
усилительные каскады не относится к задаче этой книги. Для подробного изучения
теории обратной связи следует обратиться к специальной литературе (см. список
литературы в конце книги). Однако в дальнейшем при описании конкретных схем
будут приводиться и варианты включения в них различных цепей ОС, оказывающих
положительное влияние на характеристики и параметры.
Список
литературы
1)
Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. — М.: Радио и связь, 2005
2)
Булычев А.Л. и др. Электронные приборы: Учебник. — М.: Лайт Лтд.,
2008
3)
Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для
вузов. — М.: Горячая Линия — Телеком, 2009
4)
Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. — СПб.: Корона-принт,
2008
5)
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем.—
М.: 2007
6)
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2003.
|
