Искажения полезного сигнала в усилителях напряжения и тока. Виды искажений и методы их устранения

Справа показано изменение коллекторного тока функции времени; по виду кривой 3 можно сделать вывод, что сигнал искажён. Он содержит помимо основной частоты высшие гармоники этой частоты. Количественно уровень гармоник оценивается величиной коэффициента нелинейных искажений представляющего отношение действующего значения высших гармоник напряжения или тока к действующему значению напряжения или тока основной частоты на выходе усилителя.
(7)
Основные способы уменьшения нелинейных искажений это во-первых правильный выбор рабочей точки каждого транзисторного каскада (рабочая точка должна находится в середине линейного участка динамической характеристики) и, во-вторых применение отрицательной обратной связи (ООС). Физически эффект уменьшения нелинейных искажений при введении ООС объясняется тем, что посторонние составляющие выходного напряжения или тока –гармоники и комбинационные частоты –по цепи ООС попадают на выход усилителя, но уже в фазе противоположной исходной. Таким образом получается как бы частичная компенсация продуктов нелинейных искажений. Уменьшение коэффициента нелинейных искажений при введении ООС можно оценить по следующей формуле:
== (8)
где: К-коэффициент передачи по петле обратной связи;
F-глубина обратной связи.
3.Внутренние помехи

Внутренние помехи можно подразделить на фоновые, шум и дрейф.
Фоновые помехи или фон представляет собой постороннее напряжение на выходе усилителя, частота которого кратна частоте сети питающего напряжения. Фон возникает вследствие питания усилителя от выпрямителя с недостаточно сглаженным напряжением, а также от наведения переменной ЭДС электрическими и магнитными полями, существующими вблизи сетевых проводов и трансформаторов. Для снижения уровня фона необходимо повышать степень сглаживания пульсаций выпрямителя.
«Шумом» принято называть флуктуационные помехи, возникающие из-за теплового движения электронов. Спектр флуктуационного шума очень широкий, теоретически- от нуля до .
Мощность флуктуационного шума определяется из следующей формулы:
=4kTR (9)
где: k-постоянная Больцмана; R-шумовое сопротивление;
-полоса частот, в которой определяется мощность шума.
Кроме тепловых шумов существуют шумы усилительных элементов, вызванные дробовым эффектом, фликкер-эффектом и т.п.
Все эти источники являются независимыми друг от друга, а следовательно полная мощность шума будет определяться суммированием мощностей отдельных источников.
Часто уровень шума оценивается отношением уровня мощности сигнала к уровню мощности шума
𝑄= (10)
Дрейф это внутренняя помеха, характеризующаяся составляющими частот очень малых частот, в пределе приближающихся к нулю.
Причинами возникновения дрейфа являются колебания температуры и напряжения источников питания, а также старение усилительных элементов. К дрейфу наиболее чувствительны усилители постоянного тока (УПТ).

Рис.6 Схема дифференциального каскада
Для снижения уровня дрейфа, по крайней мере первый каскад усиления УПТ
выполняется по дифференциальной схеме, которая представляет собой симметрично выполненный мост с плечами , и транзисторами и .
Теоретически при идеальном балансе будет отсутствовать напряжение между точками 3-4. Такая схема не только уменьшает температурный и другой дрейф, но и осуществляет подавление синфазной помехи [2] в сотни тысяч раз.

Литература

Г.В. Войшвилло «Усилительные устройства»- М.: Радио и связь, 1983.-261с.
И.П. Степаненко «Основы теории транзисторов и транзисторных схем»- М.: Энергия, 1977.-671с.
















4