3.2.1.8. Помехи и шумы

Помехи и шумы, образующиеся в цепях усилителя, могут значительно снижать качество его работы, так как они искажают форму сигналов и обна-руживаются в паузах между сигналами. Искажение формы сигналов может по-лучиться как за счёт непосредственного наложения напряжения помех и шумов на напряжение сигнала, так и путём модуляции сигнала шумом в нелинейных цепях усилителя.

Различают следующие виды помех и шумов:

1) тепловые шумы (во входных цепях усилителя);

2) шумы усилительных элементов (флуктуационные, дробовые, полупро-водниковые и др.);

3) шумы контактного и пробойного происхождения;

4) помехи за счёт источников питания усилителя (фон);

5. помехи за счёт влияния внешних полей;

6) помехи от механических вибраций (микрофонный эффект).

В усилителях с относительно небольшой чувствительностью, имеющих минимальное входное напряжение сигнала порядка единиц милливольт, сниже-ние относительной величины помех и шумов до допустимого значения не пред-ставляет труда при надлежащем качестве деталей и монтажа, фильтрации пита-ющих напряжений, экранировании цепей и деталей, а также амортизации дета-лей и шасси усилителя.

Однако по мере увеличения чувствительности усилителя трудности обес-печения его необходимой помехозащищённостью растут. Это относится в осо-бенности к тепловым и флуктуационным шумам. Причём, очевидно, что опре-деляющими являются тепловые шумы входных цепей усилителя и шумы пер-вого активного усилительного элемента (транзистора, лампы), то есть шумы в звеньях усилителя с наименьшими величинами сигнала. Именно эти шумы, принципиально неустранимые и допускающие снижение в относительно не-больших пределах, ограничивают увеличение чувствительности усилителей.

Для количественной оценки общей величины шумов усилителя определяют его относительный уровень шумов

дБ. (1.16)

Здесь U_ш и P_ш – общие величины напряжения и мощности шумов и помех, вызываемых всеми действующими и перечисленными выше причинами. U_{c max} и P_{c max} – максимальное напряжение и мощность сигнала. Все перечис-ленные величины относятся к выходу усилителя.

Для высококачественных усилителей звуковых частот относительный уровень шумов Н_ш не должен превышать (– 70) дБ. Такого же порядка должна быть величина Н_ш и для высококачественного телевизионного или измеритель-ного усилителя.

Динамический диапазон

Динамический диапазон характеризует предел изменения напряжения и мощности в рассматриваемой цепи и измеряется как

дБ. (1.17)

Относя максимальные и минимальные значения напряжения и мощности сигнала к их величинам, принимаемым за начальные (например, к стандартным начальным величинам Р_н = 1мВт и U_н = 0,775 эфф.В), получаем, что

. (1.18)

Таким образом, динамический диапазон может быть определён как раз-ность между максимальным A_{c max} и минимальным A_{c min} значениями уровней напряжения или мощности сигнала в рассматриваемой цепи.

Существенное значение в отношении работы усилителя имеет естествен-ный динамический диапазон источника сигналов, то есть динамический диапа-зон изменений напряжения или мощности на входе усилителя. Строго говоря, к усилителю следовало бы предъявить требование неискажённой работы в преде-лах всего этого диапазона. Однако естественный динамический диапазон сигна-ла в ряде случаев весьма велик. Так, динамический диапазон сигнала при звуко-вой передаче, определяемый диапазоном изменения громкостей, составляет для речи до 50 дБ, а для музыки (симфонический оркестр) до 75 дБ. Динамический диапазон сигнала при телевизионной передаче, определяемый диапазоном из-менения яркостей изображения, составляет примерно 60 дБ.

Неискажённое усиление в пределах динамического диапазона источника сигналов ограничивается со стороны высоких уровней передачи мощностью и нелинейными искажениями, а со стороны низких уровней – собственными шу-мами усилителя.