Из проведенного анализа следует, что форма выходного сигнала получается близкой к форме входного при линейном характере зависимостей на рабочих участках или нелинейностях отдельных участков, при которых искажения взаимно компенсируются.
Искажения формы, вызванные нелинейностями ВАХ, называют нелинейными искажениями (НИ) в виде ограничений сигнала. НИ могут возникать по двум причинам: ошибка в выборе режима транзистора по постоянному току и (или) ошибка в амплитуде входного сигнала. Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом несинусоидальности (см. учебник [1, параграф 5.4]).
На рис. 2.3.4 приведен скриншот интерфейса модели (см. параграф 7.3), который показывает режимные параметры и графики состояния в случае нелинейных искажений КШ1 ~ 62% из-за слишком большого постоянного тока базы /Б п. В первый иолуиериод ток коллектора iK(t) = 0 и выходное напряжение иных(С) = 0. Подобные искажения возникнут во втором нолуиери- оде, если 1ь п будет меньше амплитуды /Б т.
Оптимальным значением постоянного тока базы следует считать значение, которое соответствует среднему положению рабочей точки покоя на
Определите нелинейные искажения на слух. Тест. Ламповые и транзисторные искажения
Рис. 23.4. Нелинейные искажения при завышенном постоянном токе базы БТ (скриншот программы на Visual Basic)
линии нагрузки. В этом случае возможны малые нелинейные искажения при максимальном значении амплитуды входного напряжения.
Нелинейные искажения могут возникать также из-за завышенного значения амплитуды входного напряжения. Такой случай приведен на рис. 2.3.5. При правильном выборе рабочей точки по постоянному току ограничения сигнала возникают с двух сторон: при положительных и отрицательных значениях.
Нелинейные искажения усилителя должны быть меньше значений, определенных его техническим паспортом.
Рис. 2.35. Нелинейные искажения при завышенной амплитуде входного напряжения (скриншот программы на Visual Basic) Амплитудная характеристика усилителя напряжения. Зависимость амплитуды напряжения на выходе усилителя от амплитуды входного напряжения называется амплитудной характеристикой усилителя.
На рис. 2.3.6 приведена амплитудная характеристика (АХ) UBblx m(UBXm)y которую получают экспериментально. На вход подается синусоидальное напряжение постоянной частоты. Зависимость имеет линейный участок АВ, на котором форма выходного напряжения остается синусоидальной (с погрешностью заданного коэффициента нелинейного искажения).
На этом участке отношение Ки = Unblx m/UBX т (коэффициент усиления) имеет постоянное значение. На участке ВС зависимость [/ m(Uov т) имеет насы- щение и X. уменьшается, так как кривая выходного напряжения uKblx(t) ограничивается и отличается от синусоиды. Причина ограничения видна на рис. 2.3.5. Кривая мвых(?) не может выйти за пределы линии нагрузки, ограниченной слева восходящим участком выходных характеристик и справа выходной характеристикой при /,5 = 0. Для получения экспериментальной АХ амплитуды напряжения измеряются амплитудными вольтметрами или вольтметрами действующих значений (см. параграф 6.2).
Нелинейные искажения
Рис. 23.6. Амплитудная характеристика усилителя
Диапазон допустимых амплитуд входного напряжения ограничивается значением I/ Эта величина называется динамическим диапазоном
усилителя по входному напряжению.
Источник: studme.org
Нелинейные искажения
Особенностью нелинейных искажений является такое искажение формы сигнала, при котором в его спектре появляются новые частотные составляющие.
Нелинейность усилителя вызывается наличием в нем нелинейных элементов (транзисторы, лампы, трансформаторы, диоды). Нелинейный элемент содержит нелинейные параметры (входные сопротивления транзисторов, диодов, динамическая магнитная проницаемость материала сердечника трансформатора).
Нелинейные искажения оцениваются на основе динамической характеристики, представляющей собой зависимость между мгновенными значениями токов или напряжений на выходе и входе усилителя. Динамическая характеристика определяется для больших пределов изменения сигналов, приводящих к заходу в области нелинейных зависимостей между напряжениями и токами.
Различают следующие виды динамических характеристик:
- 1. Выходная динамическая характеристика типа
- 2. Входная динамическая характеристика типа
- 3. Проходная динамическая характеристика типа
- 4. Сквозная динамическая характеристика типа
Здесь i2 и u2 — мгновенные значения токов и напряжений на выходе, i1 и u1 — мгновенные значения токов и напряжений на входе, e1 — ЭДС источника сигналов на входе усилителя.
В качестве примера рассмотрим типичную по форме проходную характеристику используемую часто для расчета нелинейных искажений (рис. 1.14, а).
Рис. 1.14. Проходные динамические характеристики:
а) реальная, б) идеальная
Динамическая характеристика, соответствующая отсутствию вносимых усилителем искажений приведена на рис. 1.14, а.
При отклонении динамической характеристики от прямолинейной возникают нелинейные искажения. Основные нелинейные искажения вносят оконечные и предоконечные каскады, активные усилительные элементы в которых работают в режиме большого сигнала.
Методы количественной оценки нелинейных искажений
Величина нелинейных искажений может определяться:
- 1. непосредственно по форме динамической характеристики;
- 2. по спектру образующихся нелинейных искажений (гармоники, комбинационные частоты).
При оценке нелинейных искажений по первому способу, используемому в телевидении, величина искажений определяется отношением среднего изменения крутизны динамической характеристики, происходящего при колебаниях напряжения сигнала в пределах от u1 max до u1 min, к исходному значению крутизны при u1 0, равному tg , что соответствует коэффициенту нелинейных искажений
Сказанное поясняется рисунком 1.15.
Рис. 1.15. Определение нелинейных искажений по форме динамической характеристики
При оценке нелинейных искажений по второму способу необходимо предположить, что:
- а) входной сигнал представляет собой установившееся гармоническое колебание определенной частоты;
- б) входной сигнал представляет собой установившиеся периодические колебания сложной формы.
Случаи (а) и (б) существенно отличаются как по характеру образующихся нелинейных искажений, так и в отношении методики их расчета и измерений.
В случае (а) вследствие нелинейности усилителя, помимо колебаний с частотой сигнала на входе образуются колебания гармоник с частотами , и т.д. При этом величина нелинейных искажений определяется коэффициентом гармоник Кг, представляющим собой отношение суммарного действующего значения напряжения (или тока) гармоник к напряжению (или току) основной частоты.
Обычно коэффициент гармоник выражается в процентах таким образом:
Очевидно, что значение Кг не изменяется, если вместо действующих значений напряжений или токов подставить в эти выражения их амплитудные значения. При чисто активном характере сопротивления нагрузки усилителя коэффициент гармоник, найденный из выражений (1.13) и (1.14), имеет одно и то же значение, так как напряжения и токи всех гармоник связаны между собой неизменной величиной сопротивления. При комплексном характере сопротивления нагрузки значения Кг, найденные из указанных выражений, получаются различными, и следует использовать (1.13) или (1.14) в зависимости от того, что является в рассматриваемом случае существенным — нелинейные искажения напряжения или тока.
В любом случае коэффициент гармоник может быть выражен через отношение суммарной мощности гармоник к мощности основной частоты, т.е.
Допустимая величина коэффициента гармоник для усилителей звуковой частоты в зависимости от качества соответствующего тракта воспроизведения колеблется в пределах от 0,1% до (3. 5)%. Особенно жесткие требования в отношении нелинейных искажений предъявляются к усилителям измерительной аппаратуры (Кг порядка сотых и тысячных долей процента).
В телевизионных усилителях нелинейные искажения, приводящие к изменению соотношения яркостей, могут быть значительной величины (Кг = 10. 15%), не оказывая существенного влияния на качество изображения. То же относится и к импульсным усилителям, использующим к тому же в ряде случаев ограничение сигналов по максимуму.
Источник: studwood.net
Нелинейные искажения в клистронах телевизионных передатчиков
На основе использования амплитудной характеристики клистрона рассчитаны нелинейные искажения сигнала при работе клистрона в качестве усилителя телевизионного сигнала. Полученные результаты сравнивают с требованиями ГОСТа, оценивают кпд клистрона при соблюдении этих требований.
Литература
[1] ГОСТ 20532-83 Радиопередатчики телевизионные I-V диапазонов. Основные параметры, технические требования и методы измерений.
[2] Розов В.М. Расчет нелинейных искажений в мощных усилителях высокой частоты: Учебное пособие. — М.: МЭИС, 1981. — 54 с.
[3] Радиопередающие устройства / Под ред. Шахгильдяна В.В. — М.: Радио и связь, 1996. — 560 с.
[4] Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ / Под ред. Девяткова Н.Д. — М: Высшая школа, 1972. Т. 2. — 376 c.
[5] Железовский Б.Е., Кальянов Э.В. Многочастотные режимы в приборах СВЧ. — М.: Связь, 1978. — 256 с.
[6] Блохин В.А. Интермодуляционные искажения в клистронах и ЛБВ при усилении нескольких сигналов // Электросвязь. — 1990. — No. 11. — С. 45, 46.
[7] Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники сверхвысоких частот. — М.: Сов. радио, 1971. — 600 с.
[8] Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы. Пер. с нем. / Под ред. Седова Л.И. — М.: Наука, 1977. — 344 с.
Источник: vestnikprib.ru