А. Красько: Схемотехника аналоговых электронных устройств

В импульсных усилителях форма выходного напряжения зависит от переходных процессов в цепях, содержащих LC элементы. Для оценки линейных искажений, называемых в ИУ переходными, пользуются переходной характеристикой (ПХ).

ПХ усилителя это зависимость мгновенного значения напряжения (тока) на выходе от времени U вых = f ( t ) при подаче на вход единичного скачкообразного изменения напряжения (тока) (сигнала типа единичной функции).

Рисунок 2.4. ПХ УУ

◆ переходные искажения измеряют при подаче на вход идеального прямоугольного импульса. Они разделяются на искажения фронта и искажения плоской вершины импульса (рис. 2.4).

◆ искажения фронта характеризуются:

• временем установления t у , т.е. временем нарастания амплитуды импульса от 0,1 U m до 0,9 U m ;

• выбросом фронта импульса δ, определяемым отношением амплитуды выброса ΔU к амплитуде установившегося режима U m ;

• временем запаздывания t з относительно входного сигнала по уровню 0,1 U m .

◆ Искажения плоской вершины импульса Δ характеризуется величиной спада напряжения Δ U m за время длительности импульса:

Δ,% = Δ U m / U m ·100%.

Для n-каскадных некорректированных УУ (каскады включены последовательно) результирующее время установления фронта и спад плоской вершины импульса можно оценить следующим образом:

Δ Σ= Δ 1+ Δ 2+ … +Δ n .

АЧХ и ПХ отражают одни и те же физические процессы в различной форме (частотной и временной). Связь частотных и временных искажений иллюстрируется рис. 2.5.

Рисунок 2.5. Связь АЧХ и ПХ

◆ Нелинейные искажения (искажения формы выходного сигнала) вызываются нелинейностью характеристик усилительных элементов. Количественно нелинейные искажения гармонического сигнала оцениваются коэффициентом гармоник K г , который представляет собой отношение действующего значения напряжения (тока, мощности) высших гармоник, появившихся в результате нелинейных искажений, к напряжению (току, мощности) основной частоты (первой гармоники) при подаче на вход гармонического колебания основной частоты (при частотно-независимой нагрузке):

Для n-каскадных УУ (каскады включены последовательно):

Кроме K г в усилителях многоканальной связи нелинейность оценивается затуханием соответствующей гармонической составляющей, (например, второй):

a 2= 20lg( U 1/ U 2).

◆ Собственные помехи УУ :фон, наводки и шумы. Остановимся на тепловых внутренних шумах усилителя ввиду принципиальной невозможности их полного устранения.

Любое резистивное сопротивление R (например, внутреннее сопротивление источника сигнала R г ) создает в полосе частот Δ f тепловой шум, среднеквадратичная ЭДС которого определяется формулой Найквиста:

Ē ² ш = 4 kTR Δ f .

Где k — постоянная Больцмана; T — абсолютная температура сопротивления.

Мерой оценки шумовых свойств УУ является коэффициент шума F, равный отношению мощностей сигнала и шума на входе УУ к отношению мощностей сигнала и шума на выходе УУ:

F = ( P с / P ш ) вх/( P с / P Σ ш ) вых

F , dB = 10lg F

В диапазоне СВЧ находит применение оценка шумовых свойств УУ посредством определения шумовой температуры системы T с :

T с = T 0( F – 1),

где T 0 — стандартная шумовая температура, T 0= 290° K (рекомендация МЭК).

Для многокаскадных УУ (каскады включены последовательно):

F Σ= F 1+ ( F 2–1)/ K p 1+ ( F 3–1)/ K p 1 K p 2+ …

T с Σ= T с 1+ ( T с2 –1)/ K p 1+ ( T с3 –1)/ K p 1 K p 2+ …

где K p 1, K p 2 и т.д. — номинальные коэффициенты усиления по мощности каскадов усилителя.

◆ Амплитудная характеристика и динамический диапазон УУ.

Амплитудная характеристика усилителя представлена на рис. 2.6.