به چه اعوجاج هایی خطی می گویند. اعوجاج سیگنال در تقویت کننده

16.05.2019 بررسی ها

اعوجاج غیر خطی

اگر یک ولتاژ سینوسی به ورودی تقویت کننده اعمال شود، ولتاژ تقویت شده در خروجی سینوسی نیست، بلکه پیچیده تر خواهد بود. این شامل یک سری نوسانات سینوسی ساده - هارمونیک های اساسی و بالاتر است. بنابراین، تقویت کننده هارمونیک های اضافی را اضافه می کند که در ورودی تقویت کننده وجود نداشت.

شکل 2 - اعوجاج های غیرخطی

شکل 2 ولتاژ سینوسی در ورودی تقویت کننده Uin و ولتاژ غیر سینوسی تحریف شده در خروجی Uout را نشان می دهد. در این حالت تقویت کننده هارمونیک دوم را معرفی می کند. در نمودار ولتاژ Uout، خط چین اولین هارمونیک مفید (نوسان بنیادی) را نشان می دهد که دارای فرکانس مشابه با ولتاژ ورودی و هارمونیک دوم مضر با دو برابر فرکانس است. ولتاژ خروجی مجموع این دو هارمونیک است.
اعوجاج در شکل ارتعاشات تقویت شده، به عنوان مثال. اضافه شدن هارمونیک های اضافی به شکل موج اصلی را اعوجاج غیر خطی می گویند. آنها خود را در این واقعیت نشان می دهند که صدا خشن می شود و می لرزد. برای ارزیابی اعوجاج غیرخطی، از ضریب اعوجاج غیرخطی kH استفاده می‌شود که نشان می‌دهد چند درصد از همه هارمونیک‌های غیرضروری ایجاد شده توسط خود تقویت‌کننده، نسبت به نوسان اصلی ۱.
اگر kn کمتر از 5٪ باشد، یعنی اگر هارمونیک های اضافه شده توسط تقویت کننده بیش از 5٪ هارمونیک اول نباشد، گوش متوجه اعوجاج نمی شود. با ضریب اعوجاج غیرخطی بیش از 10٪، گرفتگی صدا و جغجغه در حال حاضر تصور انتقال هنری را از بین می برد. بالای 20٪ کیلوهات، تحریف غیرقابل قبول است و حتی گفتار نامفهوم می شود.
اعوجاج غیرخطی نیز زمانی رخ می دهد که ارتعاشات یک شکل پیچیده در انتقال گفتار و موسیقی تقویت شود. در این حالت، شکل نوسانات تقویت شده نیز مخدوش شده و هارمونیک های اضافی اضافه می شود. نوسانات پیچیده خود از هارمونیک هایی تشکیل شده اند که باید به درستی توسط تقویت کننده بازتولید شوند. آنها را نباید با هارمونیک های اضافی که خود تقویت کننده ایجاد می کند اشتباه گرفت. هارمونیک های ولتاژ ورودی مفید هستند، زیرا آنها تن صدا را تعیین می کنند و هارمونیک های وارد شده توسط تقویت کننده مضر هستند. اعوجاج های غیر خطی ایجاد می کنند.
علل اعوجاج غیر خطی در تقویت کننده ها عبارتند از: غیر خطی بودن مشخصات لامپ ها و ترانزیستورها، وجود جریان شبکه کنترلی در لامپ ها و اشباع مغناطیسی هسته ترانسفورماتورها یا چوک های فرکانس پایین. اعوجاج غیر خطی قابل توجهی نیز در بلندگوها، تلفن ها، میکروفون ها، پیکاپ ها ایجاد می شود.
3. انواع دیگر تحریف. وجود مقاومت های راکتیو در دستگاه تقویت کننده منجر به بروز اعوجاج فاز می شود. تغییر فاز بین نوسانات مختلف در خروجی تقویت کننده مانند ورودی نیست. در هنگام پخش صداها این اعوجاج ها نقشی ندارند، زیرا اندام های شنوایی انسان آنها را حس نمی کنند، اما در برخی موارد، مثلاً در تلویزیون، اثر مضری دارند.
هر تقویت کننده اعوجاج محدوده دینامیکی ایجاد می کند. فشرده است، یعنی نسبت قوی ترین نوسان به ضعیف ترین در خروجی تقویت کننده کمتر از ورودی است. این کار صدای طبیعی را از بین می برد. به منظور کاهش این گونه اعوجاج ها، گاهی اوقات دستگاه خاصی برای گسترش دامنه دینامیکی معرفی می شود که به آن بسط دهنده (بسط دهنده) می گویند. فشرده‌سازی دامنه دینامیکی در دستگاه‌های الکتروآکوستیک نیز رخ می‌دهد.

پارامترهای اصلی تقویت کننده ها

هر تقویت کننده ای که برای پردازش سیگنال های زیست پزشکی طراحی شده است را می توان به عنوان یک چهار قطبی فعال نشان داد (شکل 1.1). یک منبع سیگنال با EMF Eux و مقاومت داخلی Ri به ورودی تقویت کننده متصل است. یک جریان ورودی Iin در مدار ورودی جریان دارد که مقدار آن به مقاومت ورودی تقویت کننده Rin و مقاومت داخلی منبع سیگنال بستگی دارد. به دلیل افت ولتاژ در مقاومت داخلی منبع سیگنال، ولتاژ ورودی، که در واقع توسط تقویت کننده تقویت می شود، با EMF منبع سیگنال متفاوت است:

شکل 1.1 - مدار معادل تقویت کننده

جریان خروجی تقویت کننده جریان بار Rn است. مقدار این جریان به ولتاژ خروجی بستگی دارد که به دلیل مقاومت خروجی تقویت کننده با ولتاژ بدون بار kUin متفاوت است.

برای ارزیابی ویژگی های تقویت کننده، تعدادی پارامتر معرفی شده است.
- افزایش ولتاژ و جریان

این ضرایب نشان می دهد که چند برابر مقادیر ولتاژ و جریان در خروجی نسبت به مقادیر ورودی تغییر می کند. بهره قدرت را می توان به صورت پیدا کرد

هر تقویت کننده ای K P >>1 دارد، در حالی که افزایش جریان و ولتاژ می تواند کمتر از واحد باشد. با این حال، اگر به طور همزمان K I<1 и K U <1, устройство не может считаться усилителем.
لازم به ذکر است که بیشتر مدارهای تقویت کننده دارای عناصر واکنشی (خازن و القاء) هستند، بنابراین در حالت کلی، بهره تقویت کننده پیچیده خواهد بود.

جایی که زاویه میزان تغییر فاز سیگنال را هنگام عبور از ورودی به خروجی تعیین می کند.
مشخصه دامنه فرکانس (AFC) تقویت کننده، وابستگی بهره را به فرکانس سیگنال تقویت شده تعیین می کند. یک نمای تقریبی از پاسخ فرکانسی تقویت کننده در شکل 1.2 نشان داده شده است. برای بهره K 0 حداکثر مقدار ضریب را در فرکانس به اصطلاح "متوسط" بگیرید. دو نقطه مشخص در پاسخ فرکانسی مفهوم "پهنای باند" تقویت کننده را تعریف می کند. فرکانس هایی که در آن بهره با ضریب 3 (یا 3 دسی بل) کاهش می یابد، فرکانس قطع نامیده می شود. روی انجیر 1.2 f 1 فرکانس قطع پایین f H و f 2 فرکانس قطع بالایی بوست (f B) است. تفاوت:

F \u003d f B - f N

پهنای باند تقویت کننده نامیده می شود که محدوده فرکانس کاری تقویت کننده را تعیین می کند.
به طور کلی، پاسخ فرکانس نشان می دهد که چگونه دامنه سیگنال خروجی با دامنه ثابت سیگنال ورودی در محدوده فرکانس تغییر می کند، در حالی که فرض بر این است که شکل موج تغییر نمی کند. برای تخمین تغییر در بهره با تغییر در فرکانس، مفهوم اعوجاج فرکانس معرفی شده است

M H \u003d M B \u003d. اعوجاج های فرکانس به عنوان خطی طبقه بندی می شوند، به عنوان مثال. که ظاهر آن منجر به تحریف شکل سیگنال اصلی نمی شود.
بر اساس نوع پاسخ فرکانسی، تقویت کننده ها را می توان به چندین کلاس تقسیم کرد.
تقویت کننده های DC: f H \u003d 0 هرتز، f B \u003d (103 3 - 108 8) هرتز؛
تقویت کننده های فرکانس صوتی: f H \u003d 20 هرتز، f B \u003d (15 - 20) 10 هرتز؛
تقویت کننده های فرکانس بالا: f H \u003d 20 * 103 هرتز، f B \u003d (200 - 300) 103 3 هرتز.
تقویت کننده های باند باریک (انتخابی). یکی از ویژگی های متمایز دومی این است که آنها عملاً یک هارمونیک را از کل طیف فرکانس سیگنال تقویت می کنند و نسبت آنها به فرکانس های قطع بالا و پایین این است:

شکل 1. 2- پاسخ فرکانسی تقویت کننده

مشخصه دامنه تقویت کننده ویژگی های تغییر در بزرگی سیگنال خروجی را هنگام تغییر ورودی منعکس می کند. همانطور که در شکل دیده میشود. ولتاژ خروجی 1.3 در صورت عدم وجود ولتاژ ورودی برابر با صفر (UOUT min) نیست. این به دلیل نویز داخلی تقویت کننده است که به همین دلیل حداقل مقدار ولتاژ ورودی که می تواند به ورودی تقویت کننده اعمال شود محدود است و حساسیت آن را تعیین می کند:

افزایش قابل توجه ولتاژ ورودی (نقطه 3) منجر به این واقعیت می شود که مشخصه دامنه غیر خطی می شود و افزایش بیشتر ولتاژ خروجی متوقف می شود (نقطه 5). این به دلیل اشباع مراحل تقویت کننده است. مقدار ولتاژ ورودی قابل قبول در نظر گرفته می شود، که در آن ولتاژ خروجی از UOUTmax تجاوز نمی کند، که، همانطور که از شکل 1.3 مشاهده می شود، در مرز مقطع خطی مشخصه دامنه قرار دارد. مشخصه دامنه محدوده دینامیکی تقویت کننده را تعیین می کند:

گاهی اوقات، برای راحتی، محدوده دینامیکی بر حسب دسی بل محاسبه می شود، به صورت زیر:

شکل 1. 3 - مشخصه دامنه تقویت کننده

ضریب اعوجاج هارمونیک (اعوجاج هارمونیک) تقویت کننده تعیین می کند که شکل موج یک شکل موج سینوسی در طول تقویت چقدر اعوجاج داشته باشد. اعوجاج سیگنال به این معنی است که همراه با هارمونیک بنیادی (اول)، هارمونیک های مرتبه بالاتر در طیف آن ظاهر می شوند. بر این اساس، ضریب اعوجاج غیرخطی را می توان به صورت زیر یافت:

که در آن U i ولتاژ هارمونیک با عدد i>1 است. به راحتی می توان دید که در غیاب هارمونیک های بالاتر در سیگنال خروجی، K G = 0، یعنی. یک سیگنال سینوسی از ورودی به خروجی بدون اعوجاج منتقل می شود. امپدانس ورودی و خروجی تأثیر نسبتاً محسوسی بر عملکرد تقویت کننده دارد. هنگام تقویت سیگنال های تغییر یا مقاومت متغیر را می توان به صورت زیر یافت:

در جریان مستقیم، این پارامترها را می توان با فرمول های ساده شده تعیین کرد

هنگام تعیین مقاومت های ورودی و خروجی، باید به خاطر داشت که در برخی موارد به دلیل عناصر راکتیو مدار می توانند پیچیده باشند. در این حالت ممکن است اعوجاج فرکانس قابل توجهی سیگنال به خصوص در محدوده فرکانس بالا رخ دهد. تقویت سلولی: تقویت کننده سیگنال سلولیکلوب جی اس ام.

ویژگی های اصلی تقویت کننده ها را در نظر بگیرید.

مشخصه دامنه، وابستگی دامنه ولتاژ خروجی (جریان) به دامنه ولتاژ ورودی (جریان) است (شکل 9.2). نقطه 1 مربوط به ولتاژ نویز اندازه گیری شده در Vin=0 است، نقطه 2 مربوط به حداقل ولتاژ ورودی است که در آن سیگنال در خروجی تقویت کننده در پس زمینه نویز قابل تشخیص است. بخش 2-3 منطقه عملیاتی است که در آن تناسب بین ولتاژ ورودی و خروجی تقویت کننده حفظ می شود. بعد از نقطه 3، اعوجاج غیر خطی سیگنال ورودی مشاهده می شود. درجه اعوجاج غیر خطی با ضریب غیر خطی تخمین زده می شود

اعوجاج (یا هارمونیک):

که در آن U1m، U2m، U3m، Unm به ترتیب دامنه های هارمونیک های 1 (بنیادی)، 2، 3 و n ام ولتاژ خروجی هستند.

مقدار محدوده دینامیکی تقویت کننده را مشخص می کند.

برنج. 9.2. پاسخ دامنه آمپلی فایر

مشخصه دامنه فرکانس (AFC) یک تقویت کننده، وابستگی مدول بهره به فرکانس است (شکل 9.3). فرکانس های fн و fв فرکانس های مرزی پایین و بالایی نامیده می شوند و تفاوت آنها

(fн–fв) – پهنای باند تقویت کننده.

برنج. 9.3. پاسخ فرکانس تقویت کننده

هنگام تقویت یک سیگنال هارمونیک با دامنه به اندازه کافی کوچک، اعوجاج شکل سیگنال تقویت شده رخ نمی دهد. هنگام تقویت یک سیگنال ورودی پیچیده حاوی تعدادی هارمونیک، این هارمونیک ها به طور یکنواخت توسط تقویت کننده تقویت نمی شوند، زیرا راکتانس های مدار به فرکانس متفاوتی بستگی دارد و در نتیجه این امر منجر به اعوجاج سیگنال تقویت شده می شود.

چنین اعوجاج هایی را اعوجاج فرکانس می نامند و با ضریب اعوجاج فرکانس مشخص می شوند:

جایی که Kf مدول بهره در یک فرکانس معین است.

ضرایب اعوجاج فرکانس

و آنها را به ترتیب ضرایب اعوجاج در فرکانس های مرزی پایین و بالایی می نامند.

پاسخ فرکانسی را می توان در مقیاس لگاریتمی نیز ترسیم کرد. در این حالت، LACHH نامیده می شود (شکل 9.4)، بهره تقویت کننده بر حسب دسی بل بیان می شود و فرکانس ها در امتداد محور آبسیسا در یک دهه رسم می شوند (فاصله فرکانس بین 10f و f).

برنج. 9.4. پاسخ فرکانسی لگاریتمی

تقویت کننده (LACH)

معمولاً فرکانس های مربوط به f=10n به عنوان نقاط مرجع انتخاب می شوند. منحنی های LAFC در هر حوزه فرکانسی دارای شیب خاصی هستند. بر حسب دسی بل در هر دهه اندازه گیری می شود.

مشخصه فرکانس فاز (PFC) یک تقویت کننده، وابستگی زاویه فاز بین ولتاژ ورودی و خروجی به فرکانس است. یک پاسخ فاز معمولی در شکل نشان داده شده است. 9.5. همچنین می توان آن را در مقیاس لگاریتمی ترسیم کرد.

در ناحیه فرکانس متوسط، اعوجاج فاز اضافی حداقل است. PFC به شما امکان می دهد اعوجاج فازی را که در تقویت کننده ها به دلایل مشابه فرکانس ها رخ می دهد، ارزیابی کنید.

برنج. 9.5. پاسخ فرکانس فاز (PFC) تقویت کننده

نمونه ای از وقوع اعوجاج فاز در شکل 1 نشان داده شده است. 9.6، که تقویت یک سیگنال ورودی متشکل از دو هارمونیک (خط نقطه‌دار) را نشان می‌دهد که در طول تقویت، تغییر فاز می‌دهند.

برنج. 9.6. اعوجاج فاز در تقویت کننده

پاسخ گذرا یک تقویت کننده، وابستگی سیگنال خروجی (جریان، ولتاژ) به زمان با یک عمل ورودی ناگهانی است (شکل 9.7). فرکانس، فاز و ویژگی های گذرا تقویت کننده به طور منحصر به فردی با یکدیگر مرتبط هستند.

برنج. 9.7. پاسخ گام آمپلی فایر

منطقه فرکانس بالا مربوط به پاسخ گذرا در منطقه زمان های کوتاه است، منطقه فرکانس پایین مربوط به پاسخ گذرا در منطقه زمان های طولانی است.

با توجه به ماهیت سیگنال های تقویت شده، عبارتند از:

o تقویت کننده های سیگنال پیوسته. در اینجا، فرآیندهای استقرار نادیده گرفته می شود. مشخصه اصلی انتقال فرکانس است.

o تقویت کننده سیگنال های ضربه ای. سیگنال ورودی آنقدر سریع تغییر می کند که گذراها در تقویت کننده در یافتن شکل موج خروجی تعیین کننده هستند. مشخصه اصلی مشخصه انتقال ضربه تقویت کننده است.

با توجه به هدف تقویت کننده به دو دسته تقسیم می شوند:

o تقویت کننده های ولتاژ،

o تقویت کننده های جریان،

o تقویت کننده های قدرت

همه آنها قدرت سیگنال ورودی را تقویت می کنند. با این حال، تقویت کننده های قدرت خود باید و می توانند توان مشخص شده را با راندمان بالا به بار تحویل دهند.

1. قطعات برنامه را در mnemocode و کدهای ماشین برای عملیات زیر کامپایل کنید:

سیگنال فرکانس صوتی واقعی پیچیده است و شامل اجزای هارمونیک است، به عنوان مثال. نوسانات سینوسی با فرکانس ها، دامنه ها، فازهای مختلف. اگر شکل موج در خروجی تقویت کننده با شکل موج ورودی آن متفاوت باشد، این امر بر کیفیت صدا تأثیر می گذارد.

دلایل بروز اعوجاج متفاوت است و تاثیر آنها بر کیفیت صدا نیز متفاوت است. تحریف هایی وجود دارد:

فرکانس؛

فاز؛

غیر خطی.

فرکانس -این تغییر در شکل منحنی سیگنال در نتیجه تقویت نابرابر نوسانات فرکانس های مختلف است.

دلیل ظاهر این اعوجاج ها عناصر واکنشی هستند - اندوکتانس سیم پیچ ها و ظرفیت خازن ها که مقاومت آنها به فرکانس بستگی دارد (فرمول های X c و X L را به خاطر بسپارید).

در نتیجه اعوجاج فرکانس، نسبت بین دامنه سیگنال های اجزای فرکانس های مختلف نقض می شود. این توسط گوش به عنوان تغییر در صدا درک می شود: اگر فرکانس های بالایی تقویت کافی وجود نداشته باشد، صدا کر می شود و فرکانس های پایین فلزی می شوند.

از نظر عددی، اعوجاج فرکانس توسط پاسخ فرکانس تعیین می‌شود، یعنی. وابستگی بهره به فرکانس سیگنال، به عنوان مثال. K dB = f(f).

برنج. 5

در این مشخصه، فرکانس باید در مقیاس لگاریتمی ترسیم شود، و بهره - هم در مقیاس لگاریتمی و هم به صورت نسبی یا در دسی بل.

محدوده فرکانس به مناطق جداگانه تقسیم می شود:

الف) منطقه فرکانس های متوسط - 300-3000 هرتز، در این منطقه تأثیر عناصر راکتیو تأثیر کمی دارد.

ب) منطقه فرکانس بالا - بیش از 3000 هرتز.

ج) منطقه فرکانس پایین - زیر 300 هرتز.

فرکانس 400 هرتز (گاهی اوقات 1000 هرتز) را میانگین (f o) می گویند.

f n - فرکانس حد پایین، f in - فرکانس حد بالایی.

در غیاب اعوجاج فرکانس، مشخصه به شکل یک خط مستقیم افقی است. اگر بهره در فرکانس های قطع کاهش یا افزایش یابد، آنگاه مقداری کاهش یا افزایش در پیک های مشخصه وجود خواهد داشت (شکل 5b). اعوجاج فرکانس توسط ضریب اعوجاج فرکانس (M) تخمین زده می شود که با: M = K 0 /K،

که در آن K o بهره در فرکانس میانی است،

K بهره در یک فرکانس معین است.

معمولاً در فرکانس های قطع تعیین می شود، جایی که دارای حداکثر مقدار است

M n \u003d K 0 / K n M در \u003d K 0 / K اینچ

یا با فرمول های زیر بر حسب دسی بل بیان می شود:

M ndB \u003d 20 lg M n \u003d K o dB - K ndB

M در دسی بل \u003d 20 lg M در \u003d K o dB - K vdB

این فرمول ها یک ناراحتی دارند: افزایش مشخصه مربوط به علامت منفی و کاهش به علامت مثبت است که این ایده معمول را که مقادیر مثبت بالای سطح صفر ترسیم می کنند و مقادیر منفی در زیر نشان می دهد، نقض می کند.

بنابراین، هنگام ساخت پاسخ فرکانس، از یک فرم استاندارد استفاده می شود که بر روی آن بهره نسبی (Y) بر حسب دسی بل در امتداد محور y رسم می شود و این متقابل ضریب اعوجاج فرکانس است، یعنی.

Y = K/K 0 = 1/M یا Y dB = - M dB

برای تقویت کننده چند مرحله ای، ضریب اعوجاج فرکانس (M) و بهره نسبی (Y) به عنوان حاصل ضرب ضرایب به صورت نسبی یا به عنوان مجموع آنها بر حسب دسی بل تعریف می شوند.

بنابراین، اگر در یک فرکانس در یک مرحله کاهش و در مرحله دیگر همان افزایش وجود داشته باشد، پاسخ فرکانسی کلی بدون اعوجاج خواهد بود که برای اصلاح پاسخ فرکانسی استفاده می شود.

اعوجاج فرکانس گوش به سختی قابل توجه است -+ 2 dB، و این مقدار برای UAS قابل قبول در نظر گرفته می شود.

فاز- این تحریف شکل موج است که به دلیل این واقعیت است که تغییر فاز بین سیگنال خروجی و ورودی متناسب با فرکانس نیست. دلیل آن وجود عناصر واکنشی است. مانند فرکانس، اعوجاج فاز بر تقویت یک سیگنال پیچیده تأثیر می گذارد، که در آن رابطه بین فازهای اجزای جداگانه نقض می شود. این اعوجاج ها را می توان با مشخصه فاز، یعنی وابستگی زاویه فاز به فرکانس تخمین زد: φ = f(f).

شکل 6 تجزیه سیگنال پیچیده و پاسخ فاز

با گوش، اعوجاج فاز درک نمی شود، اما اگر تقویت کننده دارای مدار بازخورد باشد، می تواند منجر به تولید در فرکانس های بالا شود.

غیر خطی -این تغییر در شکل منحنی سیگنال است که به دلیل غیر خطی بودن ویژگی های ترانزیستورها ایجاد می شود.

شکل 7 مشخصه ورودی ترانزیستور

نمودار نشان می دهد که در غیاب سیگنال، ولتاژ پایه سکون Ubs روی پایه عمل می کند و جریان پایه استراحت I جریان می یابد - آنها با نقطه استراحت P مطابقت دارند. اعوجاج به دلیل استفاده از بخش منحنی مشخصه P-A ایجاد می شود.

دلایل ظهور اعوجاج های غیرخطی می تواند هم غیرخطی بودن ویژگی های خروجی و هم ناهمواری جابجایی آنها با تغییرات مساوی در جریان پایه باشد.

هر منحنی غیر سینوسی به اجزاء تجزیه می شود: اصلی - با فرکانس سیگنال و هارمونیک های مرتبه بالاتر - با فرکانس هایی که مضربی از فرکانس سیگنال اصلی هستند. و سپس هنگامی که سیگنالی با فرکانس 400 هرتز اعمال می شود، سیگنال هایی با فرکانس های 400، 800، 1200، 1600 و غیره در خروجی به دست می آید. هرتز

علاوه بر این، ممکن است ظاهر شود زنگ های ترکیبی -اینها ارتعاشاتی با فرکانسهایی هستند که مجموع یا اختلاف هر جفت از اجزای یک سیگنال پیچیده را نشان می دهند. آنها صدا را خشن، جغجغه و گفتار نامفهوم می کنند.

برای در نظر گرفتن اعوجاج های غیر خطی، مفهوم ضریب هارمونیک Kg معرفی شده است.

K g \u003d √ P 2 + P 3 + ... .. / P 1 100% یا K g \u003d √ I 2 + I 3 + ... .. / I 1 100% یا

K g \u003d √ U 2 + U 3 + ... .. / U 1 100%

ضریب هارمونیک نسبت مقادیر موثر هارمونیک های بالاتر را به عنوان درصدی از سیگنال اصلی بیان می کند.

اگر هر یک از هارمونیک ها غالب باشد، فرمول را می توان ساده کرد:

K g \u003d I 2 / I 1 100٪ - طبق هارمونیک دوم؛

K g \u003d I 3 / I 1 100٪ برای هارمونیک سوم.

باید بدانید که هارمونیک سوم در سیگنال متعادل و هارمونیک دوم در سیگنال نامتعادل غالب است. از نظر عددی، ضریب هارمونیک در فرکانس های متوسط نباید از 1% تجاوز کند.

آموزش

مرسوم است که در سایت‌های موسیقی دوست، بازدیدکنندگان را با اعوجاج درون مدولاسیون بترسانند، با این حال، از آنجایی که بیشتر نشریات در این موضوع به طور گسترده از فناوری کپی پیست استفاده می‌کنند، درک اینکه چرا این تحریف‌ها رخ می‌دهند و چرا اینقدر ترسناک هستند بسیار دشوار است. امروز من سعی خواهم کرد تا حد امکان و حجم مقاله ماهیت این آنها وحشتناک را منعکس کنم.

موضوع اعوجاج سیگنال در UMZCH در من مطرح شد، اما آخرین بار فقط کمی به اعوجاج های خطی و غیر خطی پرداختیم. امروز ما سعی خواهیم کرد ناخوشایندترین آنها را درک کنیم، برای تجزیه و تحلیل گریزان است و برای طراحان ULF حذف اعوجاج درون مدولاسیون دشوار است. دلایل وقوع آنها و ارتباط با بازخورد با عرض پوزش برای جناس.

تقویت کننده عملیاتی به عنوان یک مثلث سفید

قبل از صحبت در مورد بازخورد، اجازه دهید یک انحراف کوتاه به آن داشته باشیم آپ امپ ، از آنجایی که امروزه مسیرهای تقویت کننده ترانزیستور عملاً بدون آنها امکان پذیر نیست. آنها می توانند هم به شکل ریزمدارهای جداگانه وجود داشته باشند و هم بخشی از تراشه های پیچیده تر - به عنوان مثال، مدارهای مجتمع. تقویت کننده های فرکانس پایین - ULF .

یک تقویت کننده را به شکل یک جعبه سیاه یا بهتر بگوییم یک مثلث سفید در نظر بگیرید، همانطور که معمولاً در مدار به آنها اشاره می شود، بدون اینکه وارد جزئیات دستگاه آن شوید.

تخصیص پین تقویت کننده عملیاتی

ورودی غیر معکوس:

ورودی معکوس:

منبع تغذیه به علاوه:

منهای منبع تغذیه:

اگر ولتاژ ورودی را در ورودی غیر معکوس افزایش دهید، ولتاژ خروجی افزایش می یابد، اگر در ورودی معکوس، برعکس کاهش می یابد.

معمولاً ولتاژ ورودی برای تقویت بین دو ورودی اعمال می شود و سپس ولتاژ خروجی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

سود حلقه باز کجاست

از آنجایی که هدف ما تقویت ولتاژهای ثابت نیست، بلکه ارتعاشات صوتی است، برای مثال، وابستگی یک آپمپ ارزان قیمت LM324 به فرکانس نوسانات سینوسی ورودی را در نظر می گیریم.

در این نمودار بهره به صورت عمودی و فرکانس به صورت افقی در مقیاس لگاریتمی رسم شده است. نتایج کار مهندسان چندان چشمگیر نیست و بعید است که چنین تقویت کننده ای در واقعیت مورد استفاده قرار گیرد. اولا، فقط در خارج از محدوده فرکانس درک شده توسط گوش - زیر 10 هرتز، خطی بودن خوبی را نشان می دهد، و ثانیا، بهره آن بسیار زیاد است - 10000 بار در DC!

پس چه باید کرد، باید راهی وجود داشته باشد! بله، او است. بخشی از سیگنال خروجی را بگیرید و آن را روی ورودی معکوس اعمال کنید - بازخورد را معرفی کنید.

بازخورد - ساده و عصبانی! نوشدارویی برای همه بیماری ها؟

در این مقاله ما به اصول تئوری تقویت کننده های عملیاتی دست نخواهیم داد، در صورت تمایل، می توانید اطلاعات زیادی در مورد این موضوع در اینترنت پیدا کنید، ایگور پتروف

معرفی بازخورد به مدار تقویت کننده آسان نیست، اما بسیار ساده است. اجازه دهید خیلی دور نرویم، بیایید ببینیم که چگونه می توان این کار را با استفاده از مثالی از من انجام داد.

فیدبک در این مدار از طریق مقاومت R2 به ورودی معکوس op-amp، به طور دقیق تر تقسیم کننده ولتاژ از R2 و R1 تغذیه می شود.

به راحتی می توان ثابت کرد که این مدار دارای بهره ولتاژی برابر با دو خواهد بود و هنگام تقویت سیگنال های هارمونیک در محدوده فرکانس بسیار وسیع تغییری نمی کند. با افزایش فرکانس سیگنال، بهره آپ امپ بدون فیدبک کاهش می یابد اما چندین برابر بیشتر از دو باقی می ماند و این افت با کاهش خودکار سطح سیگنال فیدبک جبران می شود. در نتیجه، بهره مدار به عنوان یک کل بدون تغییر باقی می ماند. اما این همه ماجرا نیست. این مدار دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی است، به این معنی که عملا هیچ تاثیری بر منبع سیگنال ندارد. همچنین دارای امپدانس خروجی بسیار کم است، به این معنی که، از نظر تئوری، باید شکل سیگنال را حتی در هنگام کار بر روی یک بار با مقاومت نسبتاً کم، علاوه بر این، با مقاومت پیچیده - القایی و خازنی، حفظ کند.

آیا ما به تازگی تقویت کننده IDEAL را به این شکل گرفتیم؟

متأسفانه نه، درست مانند هر سکه ای سر و دم دارد، بازخورد نیز جنبه تاریک خود را دارد.

آنچه برای یک روسی خوب است مرگ یا کمی مهندسی رادیو برای یک آلمانی است

در مهندسی رادیو، اثر اندرکنش سیگنال‌های دو فرکانس مختلف اعمال شده بر یک عنصر غیرخطی، به نام درون مدولاسیون . نتیجه یک سیگنال پیچیده با ترکیبی از فرکانس ها (هارمونیک) بسته به فرکانس سیگنال های اصلی f1 و f2 مطابق فرمول زیر است:
فرکانس های حاصل از هارمونیک های والد از نظر دامنه کوچکتر هستند و به عنوان یک قاعده، سطح آنها با افزایش ضرایب اعداد صحیح m و n به سرعت کاهش می یابد.

بالاترین دامنه هارمونیک هایی به نام خواهد داشت هارمونیک های مرتبه دوم با فرکانس:

و فرکانس ها هارمونیک های مرتبه سوم :
در مهندسی رادیو، این اثر به طور گسترده ای برای تبدیل فرکانس استفاده می شود. به لطف او، گیرنده های مدرن کار می کنند. تبدیل فرکانس در میکسرهایی که بر اساس عناصر غیر خطی ساخته شده اند، اتفاق می افتد، که اغلب به عنوان اتصال p-n یک دیود یا یک ترانزیستور استفاده می شود. میکسر به طور همزمان سیگنال مفید دریافت شده و سیگنال را از ژنراتور - نوسان ساز محلی دریافت می کند.

در خروجی، طیف گسترده ای از سیگنال ها را دریافت می کنیم:

اما به لطف فیلتر FPF با باند باریک، سیگنال مورد نیاز خود را با فرکانس متوسط f pr \u003d f g -f s انتخاب می کنیم و آن را در تقویت کننده IF تقویت می کنیم. سپس با کمک عنصر غیر خطی بعدی، معمولا یک دیود، تشخیص رخ می دهد و در خروجی پس از فیلتر پایین گذر در شکل، سیگنال فرکانس صوتی را دریافت می کنیم.

IMI (IMD)- اعوجاج intermodulation

با این حال، اگر اثر intermodulation برای گیرنده‌ها حیاتی باشد، در تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین باعث بروز اعوجاج‌های غیرخطی می‌شود که به آن intermodulation می‌گویند. از این گذشته، سیگنال صوتی به طور همزمان حاوی هارمونیک های تعداد زیادی فرکانس است که از نظر دامنه بسیار متفاوت هستند و ترانزیستورهایی که تقویت کننده را تشکیل می دهند، مانند دیودها، عناصر غیر خطی هستند. تحریف هایی که به دلیل مکانیسم شرح داده شده در بالا ظاهر می شوند در منابع انگلیسی نامیده می شوند اعوجاج درون مدولاسیونی به اختصار IMD، به هر حال، مخفف روسی برای آنها IMI .

این نوع اعوجاج برای گوش بسیار ناخوشایندتر از محدودیت دامنه اولیه سیگنال است، منبع ظهور آنها در هر مورد بسیار دشوارتر است برای تشخیص و مهمتر از همه، از بین بردن.

زمان آن فرا رسیده است که در نهایت جنبه تاریک بازخورد را بررسی کنیم.

سمت تاریک بازخورد

برای تشخیص آن، بیایید یک تقویت کننده روی op-amp LM324 جمع آوری کنیم، اما با درجه بندی کمی متفاوت از مقاومت های بازخورد تا یک افزایش واحد بدست آوریم.

و اکنون اجازه دهید یک پالس مستطیلی با دامنه کوچک به ورودی آن اعمال کنیم، حدود 100 میلی ولت.

چیزی که در خروجی دریافت کردیم با سیگنال ورودی کاملاً متفاوت به نظر می رسد. چه اتفاقی افتاد و چرا بازخوردها به ما کمک نکرد؟ مثل همیشه، فیزیک مقصر است، دنیای آن بسیار پیچیده تر از مدل های ریاضی ما بر اساس تقریب های تقریبی است. واقعیت این است که تقویت کننده ما یک دستگاه بسیار پیچیده است.

گشت و گذار در دنیای واقعی. بازخورد منفی رایج در تقویت کننده قدرت صوتی

غیر خطی بودن ذاتی مراحل ترانزیستور، طراحان را مجبور می‌کند تا از بازخورد منفی قوی به عنوان ساده‌ترین راه‌حل برای تنظیم پارامترهای تقویت‌کننده برای برآورده کردن الزامات اعوجاج هارمونیک و مدولاسیون کم، البته که با روش‌های استاندارد اندازه‌گیری می‌شوند، استفاده کنند. در نتیجه، تقویت‌کننده‌های توان صنعتی با عمق FOS 60 یا حتی 100 دسی‌بل امروزه غیرمعمول نیستند.
بیایید یک مدار واقعی از یک تقویت کننده قدرت ترانزیستوری ساده را به تصویر بکشیم. می توان گفت سه مرحله ای است. اولین مرحله تقویت کننده روی op-amp A1، مرحله دوم در ترانزیستور T1-T2 و سومین مرحله نیز ترانزیستور T3-T4 است. در این مورد، تقویت کننده توسط یک مدار بازخورد مشترک پوشانده شده است، آن را با رنگ قرمز برجسته می کند، که از طریق مقاومت R6 به ورودی غیر معکوس op-amp تغذیه می شود. کلمه کلیدی در اینجا عمومی- بازخورد در اینجا از خروجی آپ امپ به ورودی آن تغذیه نمی شود، بلکه از خروجی کل تقویت کننده تغذیه می شود.

در نتیجه، op-amp، به دلیل بهره عظیمی که دارد، باید به مقابله با انواع مختلف غیرخطی ها و تداخل در مراحل تقویت کننده ترانزیستور کمک کند. ما در زیر موارد اصلی را لیست می کنیم:

ترانزیستورها در چنین گنجایشی می توانند در حالت بسیار غیر خطی در هنگام عبور سیگنال از صفر و برای سیگنال های ضعیف عمل کنند.
در خروجی، تقویت کننده با یک بار پیچیده بارگیری می شود - یک سیستم بلندگو. نمودار معادل آن - مقاومت R15 و اندوکتانس L1 را نشان می دهد.
ترانزیستورها در یک رژیم حرارتی سنگین کار می کنند و دمای بدنه آنها به طور قابل توجهی به توان خروجی بستگی دارد و پارامترهای آنها به شدت به دما بستگی دارد.
ظرفیت نصب و تداخل می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند و خطاهای مسیریابی به راحتی می تواند منجر به بازخورد مثبت و خود تحریک آمپلی فایر شود.
نقش تداخل ناشی از قدرت به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

و OU کمک می کند، اما مانند یک احمق که از یک قصار معروف به خدا دعا می کند، گاهی اوقات خیلی سخت. مشکلاتی در مورد ظرفیت اضافه بار مراحل جداگانه وجود دارد که ترانزیستورهای آنها در حالت محدود کردن سیگنال قرار می گیرند. آنها از یک رژیم خطی البته نسبتا خطی به رژیم های قطع یا اشباع می روند. آنها خیلی سریع ترک می کنند، اما بسیار کندتر به آن باز می گردند، که به دلیل فرآیند بی شتاب جذب منابع بار جزئی در اتصالات نیمه هادی است. اجازه دهید این فرآیند و پیامدهای آن را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

اعوجاج درون مدولاسیون دینامیکی TIM. تقویت کننده Overdrive و Clipping

ظرفیت اضافه بارآمپلی‌فایر پارامتری است که نشان می‌دهد با شروع محدودیت‌های توان خروجی، ولتاژ یا توان نامی خروجی با چند دسی بل با حداکثر تفاوت دارد. بریدن

در تقویت کننده های ترانزیستوری، ظرفیت اضافه بار به خصوص در مراحل ترمینال و پیش ترمینال کم است. توان نامی اغلب با حداکثر 40 درصد متفاوت است که کمتر از 3 دسی بل است.

بیایید تصور کنیم که تقویت کننده ما متشکل از یک پیش تقویت کننده اکولایزر ایده آل و UMZCH است که با ضریب بازخورد B پوشانده شده است. توجه به این نکته مهم است که سیگنال V 1 می تواند شامل اجزای فرکانس بسیار بالا باشد. پیش تقویت کننده C به عنوان یک فیلتر پایین گذر عمل می کند و سیگنال ورودی V 2 را به تقویت کننده A ارائه می دهد که فقط شامل اجزای باند صوتی است.

ولتاژ ورودی تقویت کننده قدرت V 2 دارای یک زمان افزایش است که توسط پیش تقویت کننده تعیین می شود، نمودار نشان می دهد که صاف شده است. با این وجود، در ولتاژ V 3 که در خروجی جمع کننده عمل می کند، بیش از حد ناشی از تمایل فیدبک برای جبران سرعت کم تقویت کننده توان A با دامنه V max وجود دارد.

بیش از حد در سیگنال V 3 می تواند صدها یا حتی هزاران بار بیشتر از سطح سیگنال ورودی نامی در دامنه باشد. می تواند تا حد زیادی از محدوده دینامیکی تقویت کننده فراتر رود. در طول این اضافه بار، بهره سیگنال های دیگر موجود در ورودی کاهش می یابد و باعث افزایش ناگهانی اعوجاج درون مدولاسیون می شود. این انفجار نامیده می شود اعوجاج درون مدولاسیون دینامیکی TID زیرا مدولاسیون بین مدولاسیون منجر به تأثیر یک سیگنال بر دامنه سیگنال دیگر می شود و بیشتر از اینکه فقط به مشخصه دامنه بستگی داشته باشد، مانند اعوجاج میان مدولاسیون ساده، به زمان و ویژگی های دامنه سیگنال ورودی بستگی دارد.

در بالا نموداری از یک اثر بسیار بد به نام "بریده شدن" یک تقویت کننده وجود دارد و محصول بازخورد است. در خروجی A1، در نتیجه، اثر محدودیت دامنه و در خروجی تقویت‌کننده، سیگنال تحریف شده را دریافت می‌کنیم.

تکنیک های اندازه گیری اعوجاج میان مدولاسیون و روش های مقابله با آنها

با توجه به تکنیک استاندارد برای اندازه گیری اعوجاج بین مدولاسیون، دو سیگنال به طور همزمان به ورودی جسم اندازه گیری شده تغذیه می شود: فرکانس های f 1 و f 2 بالا. متأسفانه کشورهای مختلف از فرکانس های اندازه گیری متفاوتی استفاده می کنند. استانداردهای مختلف برای فرکانس های مختلف - 100 و 5000 هرتز، 50 و 1000 هرتز ...

رایج ترین آنها استفاده از فرکانس های 400 و 4000 هرتز است که در DIN 45403، GOST 16122-88 و IEC 60268-5 تأیید شده است. دامنه سیگنال با فرکانس f 1 12 دسی بل 4 برابر بیشتر از دامنه سیگنال با فرکانس f 2 است. بسته به غیر خطی بودن مشخصه، در نقطه عملیاتی، به طور متقارن نسبت به فرکانس f 2، اختلاف و نوسانات ترکیبی کل f 2 ± f 1 و f 2 ± 2f 1 از مرتبه های بالاتر تشکیل می شود. ارتعاشات ترکیبی ناشی از مرتبه دوم با فرکانس‌های f 2 ± f 1 مشخصه درجه دوم و مرتبه سوم با فرکانس‌های f 2 ± 2f 1 - اعوجاج مکعبی جسم اندازه‌گیری است.

یک جفت فرکانس 19 و 20 کیلوهرتز با سطح سیگنال برابر نیز به طور گسترده استفاده می شود، که در درجه اول راحت است زیرا هارمونیک اساسی که در محدوده صوتی قرار می گیرد، در این مورد سیگنالی با فرکانس 1 کیلوهرتز، سطح است. که اندازه گیری آن آسان است.

برای تامین سیگنال‌های اندازه‌گیری، نه تنها از ژنراتورها استفاده می‌شود، بلکه از سی‌دی‌های اندازه‌گیری و حتی صفحات وینیل که به‌ویژه در استودیو ضبط شده‌اند نیز استفاده می‌شود.

حدود 30 سال پیش، برای اندازه گیری ضریب اعوجاج درون مدولاسیون، دستگاه های پیچیده و گران قیمتی مورد نیاز بود که فقط در آزمایشگاه ها و استودیوها موجود بودند، به عنوان مثال، ترکیب پایه اندازه گیری برای تقویت کننده پیکاپ:

صفحه گردان برای صفحات وینیل;
صفحه اندازه گیری؛
سوار کردن؛
تقویت کننده اصلاحی؛
فیلتر میان گذر؛
آشکارساز خط؛
فیلتر پایین گذر.
و البته V یک ولت متر است که می تواند مقدار موثر نوسانات سینوسی را اندازه گیری کند!

امروزه حتی یک کارت موسیقی ساده کامپیوتری 16 بیتی با قیمت تا 30 دلار به همراه برنامه اندازه گیری ویژه و مدارهای تطبیق ساده می تواند کیفیت اندازه گیری بسیار بهتری را ارائه دهد.

استانداردهای توصیف شده برای تولید کنندگان تجهیزات بازتولید صدا بسیار مناسب است؛ شما به راحتی می توانید اعداد کوچک زیبا را در داده های پاسپورت دریافت کنید، اما آنها کیفیت واقعی مسیر تقویت را به خوبی منعکس نمی کنند. نتیجه، البته، توسعه ذهنیت گرایی است - وقتی دو تقویت کننده یا حتی کارت های صوتی گران قیمت که به طور رسمی پارامترهای تقریباً یکسانی دارند، در یک سیگنال پیچیده موسیقی کاملاً متفاوت صدا می کنند - نمی توانید قبل از خرید بدون گوش دادن انجام دهید.

علاقه مندان به کیفیت صدا و تک تک تولیدکنندگان تجهیزات پیشرفته سعی در ترویج روش های اندازه گیری خود بر اساس تقریبی دارند که کمتر از واقعیت جدا شده است. تکنیک‌های چند فرکانسی، تکنیک‌هایی وجود دارد که تعامل یک فرکانس هارمونیک و یک پالس منفرد را بر اساس سیگنال‌های نویز مطالعه می‌کنند و غیره. با این حال، این بار ما فرصتی برای بحث در مورد آنها نداریم.
OOS

اثر برش ULF

افزودن برچسب

در طول تقویت، دستگاه نباید شکل موج را تغییر دهد. با این حال، به دلایل مختلف، شکل منحنی نوسان در خروجی تقویت کننده ممکن است با شکل منحنی در ورودی متفاوت باشد، به عنوان مثال. تقویت کننده اعوجاج سیگنال را معرفی می کند. هنگام پخش یک صدا، این اعوجاج ها بر روی تایم آن تاثیر می گذارد و

فرکانس، تصویر در دستگاه های تلویزیونی تحریف می شود و غیره.

بسته به علت ظهور اعوجاج، آنها به خطی (فرکانس و فاز، به دلیل عناصر مقاومت واکنشی) و غیر خطی تقسیم می شوند.

اعوجاج فرکانس معرفی شده توسط تقویت کننده توسط تخمین زده می شود مشخصه دامنه فرکانس (AFC).

پاسخ فرکانسوابستگی مدول بهره به فرکانس نامیده می شود. برای سادگی، به آن پاسخ فرکانسی می گویند. این یک نمایش گرافیکی از وابستگی بهره به فرکانس سیگنال ورودی است. در محور ارتین پاسخ فرکانس، مقدار بهره در مقیاس خطی و در محور آبسیسا، مقدار فرکانس سیگنال ورودی در

مقیاس لگاریتمی، زیرا محدوده فرکانس سیگنال ورودی اغلب بسیار گسترده است.

در شکل 1.5، خط مستقیم 1 پاسخ فرکانس ایده آل تقویت کننده ای را نشان می دهد که اعوجاج فرکانس را ایجاد نمی کند. منحنی 2 - مشخصه واقعی تقویت کننده، کاهش (قطع) فرکانس های پایین و بالایی محدوده مشخص شده است.

از نظر کمی، اعوجاج فرکانس توسط ضریب اعوجاج فرکانس M، که نسبت بهره در فرکانس‌های متوسط به Kcf است، تخمین زده می‌شود. به بهره در فرکانس معین K f.

M=Kcp /Kf. (1.18)

شکل 1.5 - ویژگی های دامنه - فرکانس

تقویت کننده (پاسخ فرکانس)

در تقویت کننده های فرکانس صوتی، معمولاً 400 هرتز یا 1000 هرتز به عنوان فرکانس مرکزی در نظر گرفته می شود.

ضریب اعوجاج فرکانس کل یک تقویت کننده چند مرحله ای برابر است با حاصلضرب اعوجاج فرکانس هر یک از مراحل:

M کل \u003d M 1 M 2 M 3 ... M p, (1.19)

ضریب اعوجاج فرکانس را نیز می توان بیان کرد
و در واحدهای لگاریتمی:

M [d B] = 20 1gM , (1.20)

برای تقویت کننده چند مرحله ای، ضریب اعوجاج فرکانس کل در واحدهای لگاریتمی

M کل = M 1 + M 2[ dB ] + .... + M n (dV). (1.21)

محدوده فرکانس عملیاتی یا پهنای باند، محدوده فرکانسی است f Hقبل از fBکه در آن اعوجاج فرکانس از مقدار مجاز تجاوز نمی کند.

در ناحیه فرکانس میانی، ضریب اعوجاج فرکانس M=1، در فرکانس های دیگر، که در آن بهره کمتر از فرکانس های متوسط است، M>1(افت پاسخ فرکانس). در فرکانس های افزایش پاسخ فرکانسی م<1.

مقدار مجاز اعوجاج فرکانس با هدف تقویت کننده تعیین می شود. بنابراین، به عنوان مثال، در تقویت کننده های فرکانس صوتی پیشرفته منباید تجاوز کند 2 دسی بلدر فرکانس های از 30 هرتز تا 20 کیلوهرتز. اگر الزامات خاصی برای تقویت کننده وجود ندارد، محدوده فرکانس کاری

در سطح تعیین می شود 3 دسی بل.، یعنی مرزهای باند عبور فرکانس هایی هستند که در آن بهره به اندازه یک ضریب کاهش نمی یابد √2=l,41بار.

د- مشخصه فاز تقویت کننده.وابستگی زاویه فاز بین خروجی و ولتاژ ورودی تقویت کننده به فرکانس را فرکانس فاز (PFC) یا فاز می گویند.تغییر فاز در تقویت کننده در نتیجه حضور عناصر راکتیو (القاء، خازن) در تقویت کننده ایجاد می شود. آی تی.

در یک تقویت‌کننده ایده‌آل، همه اجزا، صرف‌نظر از فرکانسشان، به طور یکسان جابه‌جا می‌شوند. در این حالت، موقعیت نسبی سینوسی های فرکانس های مختلف تغییر نمی کند. بنابراین، شکل سیگنال خروجی تغییر نمی کند. در این مورد، مشخصه فاز، که وابستگی مستقیم زاویه تغییر فاز φ را به فرکانس f بیان می کند، یک خط مستقیم 1 است، همانطور که در شکل 1.6 نشان داده شده است.

شکل 1.6 - پاسخ فاز تقویت کننده

در یک تقویت کننده واقعی، مقدار زاویه تغییر فاز به فرکانس بستگی دارد. و جزء سیگنال با داشتن فرکانس های مختلف به زوایای مختلف منتقل می شود. این باعث تغییر شکل موج در خروجی می شود.

پاسخ فرکانس فاز یک تقویت کننده واقعی در شکل 1.6 نشان داده شده است 2. با مقادیر مثبت زاویه تغییر فاز، سیگنال خروجی جلوتر از ورودی است، با مقادیر منفی، سیگنال خروجی از ورودی عقب می ماند. اعوجاج شکل موج خروجی ناشی از تغییر فاز مختلف

اجزای سیگنال با فرکانس های مختلف، اعوجاج فاز نامیده می شود.

در تقویت کننده های سیگنال صوتی، اعوجاج فاز در نظر گرفته نمی شود، زیرا عملاً توسط گوش درک نمی شود.

ه - پاسخ گذرا. در تقویت‌کننده‌های سیگنال پالسی، شکل ولتاژ خروجی به فرآیندهای گذرا برقراری جریان و ولتاژ در مدارهای حاوی عناصر راکتیو بستگی دارد. برای ارزیابی اعوجاج های خطی، که در پالس ها گذرا نامیده می شوند، راحت است

از انتقال استفاده کنید

پاسخ گذرا تقویت کننده را وابستگی می نامند

مقدار لحظه ای ولتاژ یا جریان در خروجی آن از زمان Uout = f(t) هنگامی که یک تغییر پله ای در ولتاژ یا جریان (تک تابع) به ورودی اعمال می شود.

همانطور که در شکل 1.7 نشان داده شده است، اغلب، ورودی تقویت کننده تحت تأثیر یک پالس مستطیلی با مدت زمان محدود قرار می گیرد.

شکل 1.7 - پاسخ مرحله ای تقویت کننده

هنگامی که یک پالس مستطیل شکل به ورودی تقویت کننده اعمال می شود، ولتاژ خروجی شکل اعوجاجی در شکل 1.7 خواهد داشت.

اعوجاج Crosstalk به دو دسته اعوجاج لبه پالس و اعوجاج بالای تخت پالس تقسیم می شود. اعوجاج جلو با موارد زیر مشخص می شود:

زمان ته نشینی t yc . آن ها زمان افزایش پالس از 0.1

Um تا حداکثر 0.9U؛

جهش جلوی پالس δ، که با نسبت ولتاژ تعیین می شود

ولتاژ ΔU به حالت پایدار U.

مقدار مجاز اعوجاج گذرا با هدف تقویت کننده تعیین می شود.

ه - اعوجاج های غیرخطی. اعوجاج غیرخطی باعث تغییر شکل منحنی سیگنال می شود که ناشی از غیر خطی بودن ویژگی های عناصر مدار تقویت کننده (ترانزیستورها، لامپ ها، دیودها، ترانسفورماتورها) است.

با مشخصات غیر خطی، هیچ تناسب مستقیمی بین جریان و ولتاژ وجود ندارد، در نتیجه، با سیگنال سینوسی در ورودی، سیگنال خروجی غیر سینوسی است. هر چه غیر خطی بودن بخش مورد استفاده مشخصه بیشتر باشد، یعنی. هر چه انحراف آن از یک خط مستقیم بیشتر باشد، سیگنال بیشتر تحریف می شود.

ظاهر اعوجاج های غیر خطی در تقویت کننده ها با نموداری در شکل 1.8 نشان داده شده است. هنگامی که یک ولتاژ سینوسی به پایه ترانزیستور در نیم چرخه اول اعمال می شود، بخشی از مشخصه RB استفاده می شود که دارای یک ولتاژ بزرگ است.

شیب تند بنابراین، منحنی جریان دارای دامنه زیادی است. در نیم سیکل دوم از بخش RA استفاده می شود که شیب آن با کاهش ولتاژ پایه کاهش می یابد. بنابراین، منحنی جریان ورودی کمرنگ است.

منحنی سیگنال خروجی غیر سینوسی ناشی از اعوجاج غیر خطی را می توان به اجزای هارمونیک یا در غیر این صورت هارمونیک تجزیه کرد.

شکل 1.8 - اعوجاج شکل موج خروجی

سطح کلی اعوجاج غیر خطی با ضریب اعوجاج غیرخطی (ضریب

هارمونیک ها): _____

کیلوگرم \u003d (V U 2 m2 + U 2 m3 + U 2 m4) / U m1 , (1.22)

که در آن - U m1، U m2، و U m3 - دامنه های 1، 2، 3، و غیره. هارمونیک های خروجی

در عمل، فقط هارمونیک های دوم و سوم اهمیت دارند، از آنجایی که آنها بزرگترین دامنه سیگنال را دارند، هارمونیک های باقی مانده دارای دامنه های کوچکی هستند.

نوع دیگری از اعوجاج غیر خطی به دلیل ظهور فرکانس های ترکیبی در سیگنال خروجی است، یعنی. فرکانس هایی که به عنوان مجموع یا اختلاف بین هر یک (از جمله اولین) هارمونیک سیگنال های مختلف موجود در ورودی تقویت کننده به دست می آیند. چنین اعوجاج هایی را اعوجاج میان مدولاسیون می نامند. در عمل، اعوجاج میان مدولاسیونی در مرتبه دوم و سوم اهمیت دارد (اگر f1 و f2فرکانس های موجود در ورودی، سپس اعوجاج intermodulation دوم هستند

سفارشات به دلیل وجود سیگنال هایی با فرکانس در خروجی تقویت کننده است f1±f2، و اعوجاج intermodulation از مرتبه سوم - با فرکانس 2f 1 ± f 2 و 2f 2 ± f 1).

ضریب intermodulation نسبت توان اجزای intermodulation در خروجی تقویت کننده به حداقل توان خروجی ممکن سیگنال مفید است که از سطح نویز خود تقویت کننده بیشتر است.

اگر ضریب هارمونیک از 0.2 ... 0.3٪ تجاوز نکند، اعوجاج های غیرخطی تقریباً توسط گوش قابل مشاهده نیستند.

در تقویت‌کننده‌های ارتباطی چند کاناله، خطی بودن باید بالا باشد تا هارمونیک‌ها و فرکانس‌های ترکیبی از یک کانال به کانال دیگر نرسند، یعنی. برای جلوگیری از تداخل در چنین تقویت‌کننده‌هایی، غیرخطی بودن با تضعیف a یا تضعیف غیرخطی هارمونیک دوم a 2 یا a 3 برآورد می‌شود:

a \u003d 20lgU m1 / (VU 2 m2 + U 2 m3)؛ a 2 = 20 1gU m1 /U m2 , a 3 = 20 1gU m1 /U m3 . (1.23)

ز- فاکتور نویز. تداخل نامشخص است، به سیگنال مربوط نمی شود و به آن بستگی ندارد، ولتاژ خروجی تقویت کننده روشن، تداخل در مدارهای تقویت کننده به دلایل مختلف رخ می دهد. معمولاً آنها به نویز حرارتی مقاومت ها و هادی ها، نویز عناصر تقویت کننده، نویز اثر میکروفون، صدای AC از منبع تغذیه و تداخل از منابع خارجی تقسیم می شوند.

نویز حرارتیمقاومت فعال توسط حرکت حرارتی آشفته الکترون‌های آزاد ایجاد می‌شود که می‌توان آن را به عنوان جریانی در نظر گرفت که به طور تصادفی در بزرگی و جهت در غیاب ولتاژ خارجی تغییر می‌کند.

نویز عناصر تقویت کنندهبه دلیل ناهمواری ایجاد شده است
انتشار یا تزریق حامل های بار، توزیع نابرابر جریان بین الکترودها، نویز حرارتی و دلایل دیگر بسته به خواص و فرآیندهای فیزیکی در طول عملیات تقویت کننده
عنصر

نویزهای اثر میکروفونتحت تأثیرات مکانیکی بر روی عناصر تقویت کننده ارتعاشات، امواج صوتی، شوک ها ایجاد می شود که منجر به تغییر فاصله بین سیم های اتصال در مدارهای ورودی یا بین الکترودهای لامپ می شود و باعث تغییر در جریان و ظاهر لامپ می شود. نویز در ولتاژ خروجی ترانزیستورها و بردهای مدار دارای اثر میکروفون اندک هستند. شیلنگ های اتصال، ترانسفورماتورهای ورودی هسته دائمی آلیاژی و سیم کشی های ساخته شده توسط هادی ها را تحت تاثیر قرار می دهد.

تداخل پس زمینهجریان متناوب نوساناتی با فرکانس مضربی از فرکانس شبکه (50، 100، 150 هرتز) هستند و در بلندگو به صورت وزوز شنیده می شوند.

وانتتداخل نامیده می شود که به دلیل القای ولتاژ در مدارهای تقویت کننده به دلیل تأثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی خارجی، جریان های نشتی، اتصالات گالوانیکی رخ می دهد.

کمیت خواص نویز یک تقویت کننده، رقم نویز است. بنابراین، رقم نویز با فرمول تعیین می شود

K w \u003d 1 + P w.property / (P w.in. K p)، (1.24)

کجا - R sh.obst. - قدرت نویز خود (قدرت اضافه شده به سیگنال

سر و صدا)؛
R sh.in - قدرت نویز در ورودی تقویت کننده؛
K p - افزایش توان.

رقم نویز همیشه بیشتر از یک است. برای تقویت معمولی، ولتاژ سیگنال باید 2..3 برابر ولتاژ نویز بیشتر شود. ضریب Ksh به طور منحصر به فرد سطح نویز مطلق را تعیین نمی کند

خروجی بنابراین، برای ارزیابی تقویت کننده های پیشرفته، یک پارامتر مهم نسبت سیگنال به نویز است که نسبت ولتاژ سیگنال خروجی (در توان خروجی نامی تقویت کننده P n.nom.) به ولتاژ کل نویز است. در خروجی در تقویت کننده های پیشرفته، نسبت سیگنال به نویز 60 ... 100 دسی بل (1000 بار یا بیشتر) است.

h - مشخصه دامنهتقویت کننده وابستگی مقدار ثابت سیگنال ولتاژ خروجی از ورودی است. از آنجایی که بهره یک تقویت کننده ایده آل یک مقدار ثابت است که به بزرگی سیگنال ورودی بستگی ندارد، مشخصه دامنه آن یک خط مستقیم است که از مبدا می گذرد، با زاویه ای که توسط بهره تقویت کننده تعیین می شود (خط چین در شکل). 1.9).

مشخصه دامنه یک تقویت کننده واقعی از مبدأ عبور نمی کند، اما در ولتاژهای ورودی پایین خم می شود و از محور عمودی در نقطه U p عبور می کند، زیرا در غیاب سیگنال ورودی، ولتاژ خروجی تقویت کننده برابر است. ولتاژ نویز خودش در مدار خروجی U p.

شکل 1.9 - مشخصه دامنه تقویت کننده

در ولتاژهای ورودی بیش از حد بالا، مشخصه دامنه واقعی نیز از حالت ایده آل جدا می شود و به دلیل بار اضافی عناصر تقویت کننده موجود در مدار تقویت کننده خم می شود. از شکل 1.9 می توان دید که یک تقویت کننده واقعی می تواند سیگنال های ارائه شده به ورودی خود را با ولتاژی کمتر از U in.min تقویت کند، زیرا سیگنال های ضعیف تر توسط ولتاژ نویز ذاتی تقویت کننده U p خفه می شوند و نه بالاتر از U in. max.، در غیر این صورت تقویت‌کننده اعوجاج‌های غیرخطی بزرگی ایجاد می‌کند.

نسبت U به x .max / U در x .min. محدوده ولتاژ سیگنال تقویت شده توسط تقویت کننده داده را بدون تداخل و اعوجاج بیش از حد مشخص می کند و محدوده دینامیکی تقویت کننده D y s نامیده می شود.

دی = 20 لیتر (U in.max./U in.min.). (1.25)

برای جلوگیری از اعوجاج بیش از حد در هنگام تقویت سیگنال های حداقل و حداکثر، محدوده دینامیکی تقویت کننده باید حداقل به اندازه دامنه دینامیکی سیگنال باشد. در مواردی که نمی توان این شرط را برآورده کرد، محدوده سیگنال با استفاده از کنترل دستی یا خودکار فشرده سازی می شود. محدوده دینامیکی یک فونوگرام مغناطیسی 40-50 دسی بل، میکروفون های استودیویی و ضبط صوت با کیفیت بالا - 60 دسی بل است.

آموزش

موضوع اعوجاج سیگنال در UMZCH در مقاله قبلی من مطرح شد، اما آخرین بار فقط کمی به اعوجاج های خطی و غیر خطی پرداختیم. امروز ما سعی خواهیم کرد ناخوشایندترین آنها را درک کنیم، برای تجزیه و تحلیل گریزان است و برای طراحان ULF حذف اعوجاج درون مدولاسیون دشوار است. دلایل وقوع آنها و ارتباط با بازخورد با عرض پوزش برای جناس.