Усилители. Требования, предъявляемые к усилителям. Основные характеристики усилителей, страница 2

Мощность термической шумовой помехи на входе усилителя с актив составляющей входного сопро­тивления

R_вх и активной составляю­щей выходного

сопротивления ис­точника сигнала R_г

определяется из соотношения (7.23).

Для рассмот­ренного случая можно написать

Так' как усилители систем МКС

работают при согласованных

на­грузках, то эта формула использу­ется

для определения мощности тер­мического

 шума на входе ЛУ.

Шумовые свойства транзисторов обычно характеризуются коэффици­ентом шума (см. п. 7.6). В справоч­ной литературе приводятся мини­мально возможные значения D или Fдля данного типа транзистора. Достижение этого значения или близкого к нему является одной из основных задач при проектировании широкополосных усилителей с боль­шим коэффициентом усиления.

Шумовые свойства многокаскад­ных усилителей обычно характери­зуются мощностью шума, приведен­ного ко входу, или коэффициентом шума. В соответствии с определе­нием (см. п. 7.6) мощность шумовой помехи на выходе усилительного каскада определяется мощностью термического шума на входе Р_шт, умноженного на коэффициент уси­ления мощности и коэффициент шу­ма усилительного элемента D=

Мощности шумовых помех от каждого каскада на выходе много­каскадного усилителя суммируются линейно.

10.7. Влияние

отрицательной обратной связи на возникающие в усилителе нелинейные искажения

Различные элементы усилитель­ной схемы всегда могут иметь не­которую нелинейность. Это может быть нелинейность характеристики лампы, транзистора, трансформато­ра и т.д. Нелинейность элементов сказывается в появлении на выходе схемы гармонических и комбинаци­онных составляющих, которых не было на входе усилителя (см. п. 7.5).

Анализ процессов, происходящих в схемах, имеющих цепи обратной связи и содержащих нелинейные эле­менты, в общем случае достаточно сложен. Для упрощения рассмотре­ния физических явлений в этих схе­мах обычно прибегают к искусст­венному приему: всю рассматривае­мую схему считают линейной, а в точке, где имеется нелинейность предполагают включенным источ­ник, генерирующий соответствую­щие гармонические и комбинацион­ные частоты.

Если, например, в усилителе ка­кой-либо каскад дает нелинейные искажения, то, считая весь усилитель не содержащим нелинейностей, фик­сируют в данном каскаде появление мешающих электрических колеба­ний, представляющих собой гармо­ники и комбинационные тона основ­ных сигналов, поданных на вход усилителя.

Нелинейные искажения оценива­ют значением коэффициента гармо­ник k_г или затухания нелинейности а_г, определяемых выражениями (7.9) -(7.13).

Для определения влияния обрат­ной связи на нелинейные искажения необходимо сравнить, например, коэффициент гармоник на выходе усилителя, не охваченного обратной связью, с коэффициентом гармоник на выходе усилителя с обратной связью, имеющего точно такой же коэффициент усиления и работаю­щего в аналогичных условиях.

Предположим, что усилитель без обратной связи (рис. 10.12, а) имеет на какой-либо частоте усиливаемого диапазона, например на средней, ко­эффициент усиления К₁, численно равный коэффициенту усиления К₀ усилителя с обратной связью на той же частоте (рис. 10.12,6). Положим далее, что в одном из каскадов уси­лителя без обратной связи вследст­вие нелинейности появилось ме­шающее напряжение U_м (см. рис. 10.12, а):

Если принять, что усиление части схемы усилителя от места возникно­вения напряжения U_м до выхода равно К_х, то можно определить на­пряжение помех, появляющихся на выходе схемы под влиянием указан­ной нелинейности. Это напряжение определится из соотношения Uпом1 = К_ХU_М. Напряжение полезно­го сигнала на выходе усилителя при условии подачи на вход его напря­жения Uвх  будет Uвых = К₀Uвх. От­сюда определяется отношение на­пряжений полезного сигнала и по­мех на выходе усилителя

Усилитель, охваченный обратной связью (см. рис. 10.12,6), должен работать в совершенно таких же ус­ловиях. Это значит, что при подаче на его вход напряжения (U_ВХ он, об­ладая коэффициентом усиления К₀, должен дать на выходе напряжение полезного сигнала (U_вых = К₀U_вх.

Следовательно, последние каска­ды усилителя будут работать со­вершенно в таком же режиме, как и роследние каскады усилителя без обратной связи (см. рис. 10.12, а). Поэтому место появлений нелиней­ности, а значит, и мешающего на­пряжения U_мне изменится.

Коэффициент усиления К усили­тельного элемента схемы, доказан­ной на рис. 10.12,6, связан с К₀ со­отношением (10.16).

Определим напряжение помех, по­являющихся на выходе данной схе­мы. Учитывая наличие цепи обрат­ной связи и считая режим устано­вившимся,  напишем U_ПОМ2 =

Сравнивая выражения (10.28) и (10.29), нетрудно заметить, что от­ношение напряжения сигнала к на­пряжению помехи, т. е. к результи­рующему напряжению гармоничес­ких и комбинационных составляю­щих, вследствие наличия обратной связи изменяется в F раз:

ляет собои затухание нелинейности, можно получить соотношение, по­казывающее эффективность дейст­вия .отрицательной обратной связи:

Если обратная связь положитель­на, то действие помех усиливается-нелинейные искажения в усилителе проявляются сильнее. При отрица­тельной обратной связи действие по­мех будет ослабляться в F раз. Та­ким образом, применение отрица­тельной обратной связи позволяет эффективно снижать нелинейные ис­кажения, появляющиеся в усилите­ле. Чем глубже будет обратная связь, т. е. чем больше будет взята величина F, тем сильнее будут по­давляться возникающие в усилителе нелинейные .искажения.

Все выводы, сделанные в данной главе, относятся к воздействию обратной связи не только на нели­нейные искажения, но в равной сте­пени на любые другие помехи, по­являющиеся внутри усилителя (фон переменного тока, всевозможные внешние наводимые помехи или шу­мы). Если эти помехи появились в усилителе, их можно с помощью отрицательной обратной связи уменьшить в нужное число раз.

Теперь выясним, одинаковое ли действие оказывает обратная связь на помехи, появившиеся в различ­ных местах схемы усилителя.

Из выражения (10.31) видно, что если нелинейные искажения или иные помехи появляются на входе усилительного элемента (К_х = К), то обратная связь не окажет ника­кого улучшающего действия, так как соотношение сигнала и помехи, поя­вившейся на входе, останется таким же и на выходе. Это не позволяет использовать отрицательную обрат­ную связь для эффективной борьбы, например, с шумами резисторов, стоящих во входных цепях усили­теля.

Однако указанное свойство не снижает большого значения отрица­тельной обратной связи как весьма эффективного способа подавления помех и главным образом нелиней­ных искажений, возникающих внут­ри усилителя, так как появление по­следних наиболее вероятно именно в последних каскадах схемы, где эле­менты схемы работают при боль­ших амплитудах напряжений и где, следовательно, нелинейности харак­теристик могут сказываться особен­но сильно.

Глубина отрицательной обратной связи изменяется по диапазону уси­ливаемых частот (см. п, 10.4), по­этому соответствующим образом изменяется и влияние ее на подав­ление нелинейных искажений; оно проявляется наиболее сильно на средней частоте квазирезонанса и уменьшается к краям усиливаемого диапазона частот.