2.7. Нелинейные искажения.

Нелинейные искажения возникают вследствие нелинейности характеристик усилительного элемента. За счет появления кратных гармоник происходит изменение формы выходного сигнала. Нелиней­ные искажения оцениваются коэффициентом гармоник, определяемым по формуле

, (2.17)

где I₁ и I_n - амплитуда токов 1-й и n-й гармоник.

Другим показателем, характеризующим нелинейные искажения, является коэффициент интермодуляционных искажений К_н. При подаче на вход усилителя двух напряжений с частотами f₁ и f₂ на выходе появятся составляющие с частотами f₁, f₂, f₂-f₁ и f₂+f₁. Коэффициент интермодуляционных искажений определяется отношением амплитуды составляющей разностной частоты к амплитуде выходного напряжения с частотой f₁,

К_н = U_{f2 –f1}/U_f1 (2.18)

Для усилителей звуковоспроизводящей аппаратуры высшего класса допускаются К_Г = 0,5-1%, а в усилителях среднего ка­чества К_Г=3-5 %.

2.8. Переходная характеристика.

Переходной характеристикой называют зависимость мгновенного значения выходного напряжения усилителя от времени при подаче на вход единичного импульса. Переходная характеристи­ка является основной характеристикой импульсного усилителя. По этой характеристике определяются основные количественные показатели: время установления t_y, спад плоской вершины _сп, выброс переднего фронта  (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Переходная характеристи­ка.

Время установления t_y определяется как интервал времени, в течение которого нормированная переходная характеристика h (t) меняется от уровня 0,1 до уровня 0,9, т.е. t_y =t_0,9 - t_0,1. Спад плоской вершины _сп характеризуется искажением переходной характеристики, который определяется _сп=1-h(_и), где _и- длительность усиливоемого импульса. Выброс переднего фронта  появляется при наличии в схеме индуктивных элементов и определяется превышением h (t) над единичным уровнем.

Лекция №3 Основы построения электронных усилителей

3.1. Принципы построения усилительных устройств.

Усилительные устройства состоят из отдельных каскадов, представляющих элементарные ячейки (рис.2.2.). Каждый отдельный каскад электронного усилителя может быть построен с использованием электронных ламп, полевых или биполярных транзисторов. Транзистор или электронная лампа в усилительной схеме работают в активном режиме. Как известно, активный режим соответствует определенному постоянному напряжению на управляющем электроде, обеспечивающему работу усилительного элемента на линей­ном участке характеристики. Это напряжение называют напряжением смещения.

При построении усилительного каскада составляют входную и выход­ную цепи. Входная цепь содержит источник сигнала, элемент связи и элементы для подачи напряжения смещения на управляющий электрод. Выходная цепь содержит основной источник питания, за счет которого происходит усиление сигнала, и нагрузочное сопротивление R_н, на котором проис­ходит выделение усиленного напряжения.

3.2. Построение усилительного каскада на электронной лампе.

Принципиальная схема двухкаскадного усилителя на электронных лампах приведена на рис.3.1.

Рис.3.1. Принципиальная схема усилителя на электронной лампе.

Принцип работы электронной лампы основан на термоэлектронной эмиссии электронов накаленным катодом. Ток анода управляется напряжением на управляющей сетке. С целью обеспечения нужного режима работы, необходимо, преж­де всего, правильно подать питающие напряжения на электроды усили­тельного элемента.

В усилителях небольшой мощности все цепи анодов или коллек­торов обычно питаются от одного общего источника питания - выпря­мителя, сети постоянного тока, аккумуляторной батареи и т. д.

Источник анодного питания для ламповых усилителей имеет нап­ряжение 150300 В. При этом потенциал анода усилительных ламп лежит в пределах 120200 В.

Входная цепь усилителя содержит входные клеммы, элемент связи С1, сопротивление утечки R1 и элемент подачи смещения R_к. Постоянное отрицательное напряжение во входной цепи, кото­рое определяет режим работы усилительного элемента, называют нап­ряжением смещения. Наиболее распространенным способом подачи сме­щения на управляющую сетку лампы является получение его на резис­торе R_к, включенном в цепь катода. Падение напряжения, вызванное прохождением через этот резистор анодного тока и тока экрани­рующей сетки, равное, определяет потенциал управляющей сетки. Падение напряжения наR1=0, поскольку ток в цепи управляющей сетки отсут­ствует. Такой способ подачи отрицательного смещения на сетку на­зывают катодным смещением или автоматическим смещением. Элемент связи C1 иначе называют разделительной емкостью, поскольку эта емкость разделяет переменную и постоянную состовляющие напряжения. Сопротивление R_к шунтируется емкостью C_к, которая замыкает переменную составляющую выходного тока.

В многокаскадных усилителях коллекторные или анодные цепи обычно подключают параллельно к общему источнику питания, и для ослабления паразитной связи каскадов через этот источник все анодные цепи ламп, за исключением последней, как и цепи коллекто­ров транзисторных усилителей, защищают развязывающими фильтрами .

Наиболее простым и экономичным способом подачи положительно­го потенциала на экранирующую сетку относительно катода являет­ся через гасящий резистор R_э, сопротивление которого рассчитывают по формуле:

. (3.1)

Питание цепей накала электронных ламп производят как пос­тоянным, так и переменным током. Выходная цепь каждого каскада содержит сопротивление нагрузки R_н, источник питания E_п. В усилительном каскаде источник сигнала U_вх малой мощности управляет током в выходной цепи, создаваемым источником питания.

Таким об­разом, за счет энергии источника питания Е_п на выходных зажимах получаем усиленное напряжение U_вых=Е_п–i_выхR_н, причем выходное напряжение является функцией усиливаемого сигнала. Схему, приведенную на рис.3.1., называют однотактной или нессиметричной. В этой схеме входная и выходная цепи нессиметричны относительно общей точки. Другими словами, однотактный усилитель имеет несимметричный вход и выход.

Усилители могут быть построены по двухтактной схеме, содер­жащей два усилительных элемента, работающих на общую нагрузку. Двухтактные каскады представляют собой как бы два одинаковых однотактных каскада, объединенных общим проводом и источником пита­ния, работающими со сдвигом фаз на 180°. Особенности построения этих схем подробнее рассмотрены в разделе "Выходные усилители".