52. Амплитудная характеристика. Определение коэффициента нелинейных искажений по амплитудной характеристике четырехполюсника

Нелинейные искажения возникают из-за наличия нелинейных элементов в цепях. Нелинейные искажения – гармоники высшего порядка, которые появляются в выходном напряжении сигнала, проходящего через нелинейные элементы, но которых нет во входном сигнале.

Нелинейные искажения можно измерить различными методами. Один из методов – это определение нелинейных искажений по амплитудной характеристике четырехполюсника. В качестве четырехполюсника возьмем усилитель и рассмотрим данный случай.

Амплитудная характеристика – это зависимость напряжения на выходе от напряжения на его входе. Эта зависимость представлена на рисунке 1.

 

 

 

 1 – идеальная АХ

2 – реальная АХ

 

Амплитудная характеристика реального усилителя не проходит через начало координат и изгибается при малых значениях из-за собственного шума на выходе усилителя. На участке АВ амплитудная характеристика близка к прямой линии, что соответствует линейному участку характеристики усилительных элементов. При дальнейшем увеличении входного напряжения происходит уменьшение приращения выходного напряжения по сравнению с приращением входного сигнала из-за увеличения нелинейности усилительного элемента. Точка перегиба В определяет максимальный входной сигнал, превышение которого будет вызывать увеличение нелинейных искажений. Таким образом, максимальный входной сигнал ограничен величиной, при котором происходит значительное увеличение нелинейных искажений, минимальный входной сигнал – уровнем собственных шумов усилителя.

 

 

53. Схема для измерения амплитудной характеристики четырехполюсника, принцип измерения

Практически амплитудная характеристика измеряется по следующей схеме

  

На выходе генератора по измерителю уровня ИУ₁ установим заданную частоту с уровнем L₀. Затухание dB₁ установим максимальное, значит уровень Lвх на входе усилителя – минимальный. На выходе усилителя уровень L_вых, затуханиеdB₂ установим, равное 0. ИУ2 показывает уровень L_вых. Затем ступенчато уменьшаем затухание dB₁, следовательно, уровень на входе усилителя L_вх будет ступенчато увеличиваться. Соответственно, будет увеличиваться уровень L_вых на выходе усилителя. Изменяя затухание магазина затухания dB₂ добиваемся, чтобы ИУ₂ показывал уровень L₀. Если характеристика линейна, то уменьшениюdB₁ будет соответствовать такое же увеличение dB₂. Если такого нет, то амплитудная характеристика нелинейна и усилитель работает в режиме нелинейных искажений.

54. Помехи и шумы в каналах связи. Измерение напряжения помех при помощи псофометра

Помехами называются напряжения или токи постороннего происхождения, появляющиеся в каналах связи и ограничивающие дальность передачи полезных сигналов. Помехи, частоты которых лежат в полосе звуковых частот, создают слышимый в телефоне или громкоговорителе шум, снижающий качество связи или вещания. Высокочастотные помехи, проходя через аппаратуру канала связи, также могут проявляться в виде шумов. Помехи в полосе видеочастот ухудшают изображение на экране кинескопа телевизора.

В зависимости от источника возникновения и от характера их воздействия помехи делятся на собственные помехи канала связи, взаимные, создаваемые влиянием каналов связи друг на друга, и внешние от посторонних электромагнитных полей.

Собственные помехи или шумы возникают от источников, находящихся в данном канале связи. Они существуют независимо от передачи информации по другим каналам связи и в основном определяются следующими причинами: пульсация выпрямленного напряжения источников питания, недоброкачественными контактами в аппаратуре и на линиях, кратковременными короткими замыканиями, тресками, создаваемыми токами разряда конденсатора, микрофонными шумами, нелинейными искажениями в аппаратуре тракта передачи и т.д.

Взаимные помехи, возникающие при передачи информации по соседним каналам, появляются в результате недостаточного переходного затухания между данным каналом и влияющими каналами, различные повреждения в аппаратуре влияющих каналов.

Внешние помехи делятся на промышленные, радиопомехи, атмосферные и космические. Промышленные помехи создаются в результате влияния электромагнитных полей различных электронных устройств: линии электропередачи, электрооборудование промышленных предприятий, контактных сетей электрифицированного транспорта (трамвая, троллейбуса). Радиопомехи возникают от излучения радиостанций различного назначения.

К атмосферным относятся помехи, вызванные различными атмосферными явлениями: магнитными бурями, грозовыми разрядами и т.д. К космическим - электромагнитные помехи, создаваемые излучением Солнца.

Мешающее действие шумов в проводных каналах определяется отношением напряжения шумов к напряжению полезного сигнала. Это отношение оценивается разностью уровней полезного сигнала и шумов, называемой защищенностью канала от шума. Исследования показали, что при воспроизведении речи и музыки необходимо иметь определенное соотношение сигнал-шум. Нормальный прием речевого сигнала обеспечивается при 20дБ в телефонном канале. Хорошее воспроизведение радиовещания возможно при 40дБ. В телефонных и вещательных каналов мешающее действие шумов определяется наличием в их частотном спектре составляющих, которые наиболее сильно действуют на слух человека. Известно, что не все частоты одинаково воспроизводятся телефоном и громкоговорителем и воспринимаются ухом. Доказано, что наибольшая чувствительность системы телефон-ухо лежит в области 800 Гц, а громкоговоритель-ухо в области 1000 Гц.

Помехи измеряются с учетом избирательности органов восприятия и неравномерности АЧХ. Для этого при измерении помех в телефонных и вещательных каналах определяют не общее напряжение помех, а так называемое псофометрическое.

Псофометрическим напряжением называется напряжение помех, существующее на нагрузочном резисторе сопротивлением 600 Ом, согласованным с выходным сопротивлением питающей цепи

Псофометр

Псофометром называется электронный измерительный прибор для измерения помех в каналах связи и вещания. Он представляет собой электронный вольтметр с избирательностью, определяемой псофометрическими характеристиками. На рисунке 1 приведена структурная схема псофометра.

 

Входное устройство обеспечивает значительное входное сопротивление 200 кОм на средних частотах и не менее 6 кОм на краях диапазона. Предусмотрено низкоомное входное сопротивление 600 Ом для согласования входа псофометра с измеряемой цепью.

Основными узлами псофометра являются полосовые фильтры: один с телефонной псофометрической характеристикой и второй с вещательной. Чтобы псофометр можно было использовать как обычный квадратичный вольтметр, предусмотрен эквивалент затухания.