Tänu jaeketid ja veebipoodides ületab müügiks pakutava helitehnika valik igasuguseid mõistlikke piire. Kuidas valida oma kvaliteedivajadustele vastav seade ilma oluliselt üle maksmata?
Kui te pole audiofiil ja seadmete valimine pole teie jaoks elu mõte, siis on lihtsaim viis enesekindlalt navigeerida tehnilised kirjeldused helivõimendusseadmeid ja õppige eraldama kasulik informatsioon passide ja juhiste ridade vahel, kriitiline heldete lubaduste suhtes. Kui te ei tunne erinevust dB ja dBm vahel, hinnatud jõud Kui te ei erine PMPO-st ja soovite lõpuks teada saada, mis on THD, võite ka lõike alt leida midagi huvitavat.

Artikli kokkuvõte

Kasu. Miks me vajame logaritme ja mis on detsibellid?
Helitugevus. Mis vahe on dB ja dBm vahel?
Jaga ja valluta – jagame signaali spektriks.
Lineaarne moonutus ja ribalaius.
Mittelineaarsed moonutused. KNI, KGI, TDH.
Amplituudi karakteristik. Väga lühidalt mürast ja häiretest.
ULF ja akustika väljundvõimsuse standardid.
Harjuta - parim kriteerium tõde. Demonteerimine helikeskusega.
Tõrvakann meepurgis.

Loodan, et selle artikli materjalid on kasulikud järgmise mõistmiseks, mille teema on palju keerulisem - "Ristmoonutused ja Tagasiside, kui üks nende allikatest."

Kasu. Miks me vajame logaritme ja mis on detsibellid?

Võimendi üks peamisi parameetreid on võimendus - võimendi väljundparameetri suhe sisendparameetrisse. Sõltuvalt sellest, funktsionaalne eesmärk võimendeid eristatakse pingel, voolul või võimsusel põhinevate võimendustegurite järgi:

Pinge võimendus

Praegune kasum

Võimsuse suurenemine

ULF-i võimendus võib olla väga suur ja võimendust väljendatakse veelgi suuremates väärtustes operatsioonivõimendid ja erinevate seadmete raadioteed. Numbrid koos suur summa nullid pole eriti mugav kasutada, veelgi keerulisem on graafikul kuvada erinevat tüüpi sõltuvusi, mille väärtused erinevad üksteisest tuhat või enam korda. Mugav väljapääs on väärtuste esitamine logaritmilisel skaalal. Akustikas on see kahekordselt mugav, kuna kõrva tundlikkus on logaritmilisele lähedane.
Seetõttu väljendatakse võimendust sageli logaritmilistes ühikutes - detsibellides ( Vene tähistus: dB; rahvusvaheline: dB)

Algselt kasutati võimsuse suhte hindamiseks dB, nii et dB-des väljendatud väärtus eeldab kahe võimsuse suhte logaritmi ja võimsuse võimendus arvutatakse järgmise valemi abil:

"Mitteenergia" kogustega on olukord veidi erinev. Näiteks võtame voolu ja väljendame selle kaudu võimsust, kasutades Ohmi seadust:

siis on voolu kaudu detsibellides väljendatud väärtus võrdne järgmise avaldisega:

Sama kehtib ka pinge kohta. Selle tulemusena saame võimendustegurite arvutamiseks järgmised valemid:

Voolu võimendus dB-des:

Pinge suurenemine dB-des:

Helitugevus. Mis vahe on dB ja dBm vahel?

Akustikas "intensiivsuse tase" või lihtsalt helitugevus L mõõdetakse ka detsibellides ja see parameeter pole absoluutne, vaid suhteline! Seda seetõttu, et võrdlus on tehtud inimkõrva harmoonilise vibratsiooni heli kuulmise minimaalse lävega – helirõhu amplituudiga 20 μPa. Kuna heli intensiivsus on võrdeline helirõhu ruuduga, võime kirjutada:

kus ei ole vool, vaid heli rõhu intensiivsus sagedusega 1 kHz, mis ligikaudu vastab inimese kuuldavuse lävele.

Seega, kui öeldakse, et heli tugevus on 20 dB, tähendab see, et heli intensiivsus helilaine 100 korda kõrgem kui inimese kuulmislävi.
Lisaks on see raadiotehnikas äärmiselt levinud absoluutväärtus võimsuse mõõtmised dBm(Vene dBm), mida mõõdetakse 1 mW võimsuse suhtes. Võimsus määratakse nimikoormusel (professionaalsete seadmete puhul - tavaliselt 10 kOhm sagedustel alla 10 MHz, raadiosagedusseadmete puhul - 50 oomi või 75 oomi). Näiteks, " väljundvõimsus võimendi staadium on 13 dBm” (st selle võimendiastme nimikoormusel vabanev võimsus on ligikaudu 20 mW).

Jaga ja valluta – jagame signaali spektriks.

On aeg liikuda edasi keerukama teema juurde – signaali moonutuste hindamine. Kõigepealt peame tegema lühikese sissejuhatuse ja rääkima spektritest. Fakt on see, et helitehnikas ja mujal on tavaks töötada sinusoidsete signaalidega. Neid leidub sageli ümbritsevas maailmas, kuna teatud objektide vibratsioon tekitab tohutul hulgal helisid. Lisaks on inimese kuulmissüsteemi struktuur suurepäraselt kohandatud sinusoidsete võnkumiste tajumiseks.
Mis tahes sinusoidset võnkumist saab kirjeldada järgmise valemiga:

kus vektori pikkus, võnkumiste amplituud, on vektori algnurk (faas) nullajal, on nurkkiirus, mis on võrdne:

On oluline, et erineva amplituudi, sageduse ja faasiga sinusoidsete signaalide summat kasutades on võimalik kirjeldada perioodiliselt korduvaid mistahes kujuga signaale. Signaale, mille sagedused erinevad põhisagedusest täisarv kordade võrra, nimetatakse algsageduse harmoonilisteks. Signaali jaoks koos baassagedus f, signaalid sagedustega

on ühtlased harmoonilised ja signaalid

paaritu harmoonilised

Joonistame selguse huvides saehamba signaali graafiku.

Selle täpseks esitamiseks harmooniliste kaudu on teil vaja lõpmatu arv liikmed.
Praktikas analüüsitakse signaale kasutades piiratud arv suurima amplituudiga harmoonilised. Alloleval joonisel näete selgelt harmoonilistest saehamba signaali konstrueerimise protsessi.

Ja nii moodustub viiekümnenda harmoonilise täpsusega meander...

Lisateavet harmooniliste kohta saate lugeda kasutaja dlinyj imelisest artiklist habrahabr.ru/post/219337, kuid meil on aeg lõpuks moonutuste juurde minna.
Enamik lihtne meetod signaali moonutuste hindamine hõlmab ühe või mitme harmoonilise signaali lisamist võimendi sisendisse ja vaadeldavate harmooniliste signaalide analüüsimist väljundis.
Kui võimendi väljund sisaldab sisendiga samade harmooniliste signaale, loetakse moonutus lineaarseks, kuna see taandub amplituudi ja faasi muutusele. sisendsignaal.
Mittelineaarne moonutus lisab signaalile uusi harmoonilisi, mis põhjustab sisendsignaali kuju moonutamist.

Lineaarne moonutus ja ribalaius.

Kasu TO Ideaalse võimendi väärtus ei sõltu sagedusest, vaid seest päris elu See pole kaugeltki tõsi. Amplituudi sõltuvust sagedusest nimetatakse amplituud-sagedus iseloomulik - sageduskarakteristik ja on sageli kujutatud graafiku kujul, kus pingevõimendus on kujutatud vertikaalselt ja sagedus horisontaalselt. Joonistame tüüpilise võimendi sageduskarakteristiku.

Sagedusreaktsioon saadakse signaalide järjestikuse rakendamisega võimendi sisendisse erinevad sagedused teatud tase ja signaali taseme mõõtmine väljundis.
Sagedusvahemik ΔF, mille piires võimendi võimsust vähendatakse mitte rohkem kui kaks korda maksimaalne väärtus, kutsus võimendi ribalaius.

Kuid graafik kujutab võimendust tavaliselt pinge, mitte võimsuse järgi. Kui tähistame maksimaalset pingevõimendust kui , siis ribalaiuse piires ei tohiks koefitsient langeda alla:

ULF-i töötavate signaalide sageduse ja taseme väärtused võivad väga oluliselt muutuda, seetõttu joonistatakse sagedusreaktsioon tavaliselt logaritmilistes koordinaatides, mida mõnikord nimetatakse LFC-ks.

Võimendi võimendust väljendatakse detsibellides ja sagedused kantakse abstsissteljele läbi kümnendil(sagedusvahemik erineb kümme korda). Kas pole tõsi, et nii ei näe graafik mitte ainult ilusam, vaid ka informatiivsem?
Võimendi mitte ainult ei võimenda ebaühtlaselt erineva sagedusega signaale, vaid nihutab ka signaali faasi erinevad tähendused, olenevalt selle sagedusest. Seda sõltuvust peegeldab võimendi faasi-sageduskarakteristik.

Ainult ühe sagedusega võnkumiste võimendamisel ei tundu see hirmutav, kuid keerukamate signaalide puhul toob see kaasa olulise kuju moonutuse, kuigi uusi harmoonilisi see ei tekita. Alloleval pildil on näha, kuidas kahesageduslikku signaali moonutatakse.

Mittelineaarsed moonutused. KNI, KGI, TDH.

Mittelineaarne moonutus lisab signaalile varem olematuid harmoonilisi ja muudab selle tulemusena algset lainekuju. Võimalik, et kõige ilmsem näide sellistest moonutustest on siinussignaali amplituudipiirang, mis on näidatud allpool.

Vasakpoolne graafik näitab moonutusi, mis on põhjustatud signaali täiendava ühtlase harmoonilise olemasolust, mis piirab signaali ühe poollaine amplituudi. Algse siinussignaali number on 1, teine ​​harmooniline võnkumine on 2 ja sellest tulenev moonutatud signaal on 3. Parempoolne joonis näitab kolmanda harmoonilise tulemust - signaal on mõlemalt poolt “lõigatud”.

NSVL ajal mittelineaarne moonutus võimendi väljendati tavaliselt koefitsiendiga harmooniline moonutus KGI. See määrati järgmiselt: võimendi sisendisse viidi teatud sagedusega signaal, tavaliselt 1000 Hz. Seejärel arvutati välja väljundsignaali kõigi harmooniliste tase. THD-ks võeti signaali kõrgemate harmooniliste, välja arvatud esimene, summa efektiivpinge suhe esimese harmoonilise pingesse - selle, mille sagedus on võrdne sisend-sinussignaali sagedusega.

Sarnased võõras parameeter nimetatakse - põhisageduse täielik harmooniline moonutus.

Harmoonilise moonutuse tegur (THD või )

See meetod töötab ainult siis, kui sisendsignaal on ideaalne ja sisaldab ainult põhiharmoonikat. Seda tingimust ei saa alati täita, seetõttu on kaasaegses rahvusvahelises praktikas palju laiemalt levinud teine ​​​​mittelineaarse moonutuse astme hindamise parameeter - SOI.

Võõranaloog on totaalne harmooniline moonutus keskmise ruutkeskmise jaoks.

Täielik harmooniline moonutus (THD või )

SOI on väärtus, mis võrdub sisendsignaali spektris puuduvate väljundsignaali spektraalkomponentide ruutkeskmise summa ja sisendsignaali kõigi spektraalkomponentide ruutkeskmise summaga. .
Nii THD kui ka THI on suhtelised väärtused, mida mõõdetakse protsentides.
Nende parameetrite väärtused on seotud seosega:

Lihtsate lainekujude puhul saab moonutuse suurust analüütiliselt arvutada. Allpool on toodud helitehnoloogia kõige levinumate signaalide THD väärtused (THD väärtused on märgitud sulgudes).

0% (0%) – lainekuju on ideaalne siinuslaine.
3% (3%) - signaali kuju erineb sinusoidsest, kuid moonutus on silmale nähtamatu.
5% (5%) - signaali kuju hälve sinusoidsest, ostsillogrammil silmaga märgatav.
10 % (10 %) - standardne tase moonutusi, milles nad arvestavad tõeline jõud(RMS) UMZCH, kõrvaga märgatav.
12% (12%) on täiesti sümmeetriline kolmnurkne signaal.
21% (22%) on "tüüpiline" trapetsikujuline või astmeline signaal. 43% (48%) - täiesti sümmeetriline ristkülikukujuline signaal (meander).
63% (80%) on ideaalne saehamba signaal.

Isegi kakskümmend aastat tagasi kasutati madalsagedusliku tee harmooniliste moonutuste mõõtmiseks keerukaid ja kalleid instrumente. Üks neist SK6-13 on näidatud alloleval joonisel.

Tänapäeval saab selle ülesandega palju paremini hakkama väline arvuti helikaart koos spetsiaalse tarkvara komplektiga, mille kogumaksumus ei ületa 500USD.

Sisendsignaali spekter helikaart madalsagedusvõimendi testimisel.

Amplituudi karakteristik. Väga lühidalt mürast ja häiretest.

Võimendi väljundpinge sõltuvust selle sisendist fikseeritud signaalisagedusel (tavaliselt 1000 Hz) nimetatakse amplituudikarakteristikuks.
Amplituudi karakteristik Ideaalse võimendi puhul on sirgjoon, mis läbib koordinaatide alguspunkti, kuna selle võimendus on konstantne väärtus mis tahes sisendpinge korral.
Reaalse võimendi amplituudireaktsioonis on vähemalt kolm erinevat sektsiooni. Alumises osas ei jõua see nullini, kuna võimendil on oma müra, mis madala helitugevuse korral muutub proportsionaalseks kasuliku signaali amplituudiga.

Keskosas (AB) on amplituudikarakteristik lähedane lineaarsele. See on tööala, selle piirides on signaali kuju moonutamine minimaalne.
Graafiku ülemises osas on amplituudikarakteristikul ka painutus, mis on tingitud võimendi väljundvõimsuse piirangust.
Kui sisendsignaali amplituud on selline, et võimendi töötab kõveratel lõikudel, siis tekivad väljundsignaalis mittelineaarsed moonutused. Mida suurem on mittelineaarsus, seda rohkem moondub signaali siinuspinge, s.t. Võimendi väljundis tekivad uued võnked (kõrgemad harmoonilised).

Müra võimendites on erinevat tüüpi ja selle põhjuseks on erinevad põhjused.

Valge müra.

Valge müra on signaal, millel on kõigil sagedustel ühtlane spektraalne tihedus. Madalsagedusvõimendite töösagedusvahemikus võib sellise müra näiteks pidada termilist müra, mis on põhjustatud elektronide kaootilisest liikumisest. Selle müra spekter on väga ühtlane lai valik sagedus

Roosa müra.

Roosa müra on tuntud ka kui virvendusmüra. Roosa müra võimsusspektri tihedus on võrdeline suhtega 1/f (tihedus on pöördvõrdeline sagedusega), see tähendab, et see väheneb ühtlaselt logaritmilisel sagedusskaalal. Roosa müra tekitab nii passiivne kui ka aktiivne elektroonilised osad, vaidlevad teadlased endiselt selle päritolu olemuse üle.

Taust välistest allikatest.

Üks peamisi müra põhjuseid on taustast põhjustatud müra välistest allikatest, näiteks võrgust vahelduvvoolu 50 Hz. Selle põhiharmooniline sagedus on 50 Hz ja selle kordused.

Eneseergutus.

Üksikute võimendiastmete iseergutus võib tekitada müra, tavaliselt teatud sagedusega.

ULF ja akustika väljundvõimsuse standardid

Hinnatud jõud

Lääne analoog RMS(Root Mean Squared – ruutkeskmine väärtus) NSV Liidus määratleti see standardiga GOST 23262-88 kui sagedusega 1000 Hz sinusoidse signaali tarnitud elektrivõimsuse keskmine väärtus, mis põhjustab signaali mittelineaarset moonutamist. ületades seatud väärtus THD. Mõeldud nii kõlaritele kui ka võimenditele. Tavaliselt kohandati näidatud võimsus täitmise keerukusklassi GOST-i nõuetele parim kombinatsioon mõõdetud omadused. Erinevate seadmete klasside puhul võib SOI varieeruda väga oluliselt, 1 kuni 10 protsenti. Võib selguda, et süsteemi võimsus on 20 vatti kanali kohta, kuid mõõtmised viidi läbi 10% SOI juures. Seetõttu on selle võimsusega akustikat võimatu kuulata. Akustilised süsteemid võimeline taasesitama signaali RMS-võimsusel pikka aega.

Müravõimsuse reiting

Mõnikord nimetatakse seda ka sinusoidseks. Lähim lääne analoog DIN - elektrienergia, piiratud eranditult termiliste ja mehaanilised kahjustused(näiteks: häälepooli keerdude libisemine ülekuumenemise tõttu, juhtmete läbipõlemine painde- või jootmiskohtades, painduvate juhtmete purunemine jne), kui 100 tunni jooksul edastatakse korrektsiooniahelast roosat müra. Tavaliselt on DIN 2-3 korda suurem kui RMS.

Maksimaalne lühiajaline võimsus

Lääne analoog PMPO(Peak Music Power Output – muusika tippvõimsus). - elektrienergia, mida kõlarid kannatavad lühikese aja jooksul kahjustamata (mida kontrollib põrisemise puudumine). Kasutatakse testsignaali roosa müra. Signaal saadetakse kõlarisse 2 sekundiks. Teste tehakse 60 korda 1-minutilise intervalliga. Seda tüüpi võimsus võimaldab hinnata lühiajalisi ülekoormusi, mida valjuhääldi töö käigus tekkivates olukordades talub. Tavaliselt 10-20 korda kõrgem kui DIN. Mis kasu on sellest, kui inimene teab, et tema süsteem võib taluda lühikest, vähem kui sekundilist madala sagedusega siinuslainet suure võimsusega? Tootjatele meeldib aga väga seda konkreetset parameetrit oma toodete pakenditel ja kleebistel kuvada... Selle parameetri tohutud numbrid põhinevad sageli ainult tootjate turundusosakonna metsikul kujutlusvõimel ja siin on hiinlased kahtlemata ees. ülejäänud.

Maksimaalne pikaajaline võimsus

See on elektrienergia, mida kõlarid kannatavad kahjustamata 1 minuti jooksul. Teste korratakse 10 korda 2-minutilise intervalliga. Testi signaal on sama.
Maksimaalse pikaajalise võimsuse määrab kõlarite soojustugevuse rikkumine (häälpooli keerdude libisemine jne).

Praktika on parim tõe kriteerium. Demonteerimine helikeskusega

Proovime oma teadmisi praktikas rakendada. Vaatame ühte väga kuulus internet poodi ja otsi sealt veel kuulsama firma toodet Tõusva Päikese maalt.
Jah - futuristliku disainiga muusikakeskus on müügil vaid 10 000 rubla eest. järgmiseks reklaamiks:
Kirjeldusest saame teada, et seade on varustatud mitte ainult võimsad kõlarid, aga ka subwoofer.

"See tagab suurepärase heliselguse mis tahes helitugevuse tasemel. Lisaks aitab see konfiguratsioon muuta heli rikkalikuks ja avaraks.

Põnev, võib-olla tasub vaadata parameetreid. Keskel on kaks eesmist kõlarit, millest igaühe võimsus on 235 vatti, ja aktiivne subwoofer võimsusega 230 vatti. Pealegi on esimeste mõõdud vaid 31*23*21 cm
Jah, see on mingisugune Röövel Ööbik, nii oma hääle tugevuselt kui ka suuruselt. Veel 1996. aastal oleksin siinkohal uurimistöö pooleli jätnud ja hiljem oma S90-t vaadates ja isetehtud Ageevi võimendit kuulates oleksin sõpradega hoogsalt arutanud, kui kaugel meie nõukogude tööstus jaapanlastest maha jäi – 50 aastaga või ikka igavesti. Kuid tänapäeval on Jaapani tehnoloogia kättesaadavusega olukord palju parem ja paljud sellega seotud müüdid on kokku varisenud, seega proovime enne ostmist leida objektiivsemaid andmeid helikvaliteedi kohta. Veebilehel pole selle kohta sõnagi. Kes selles kahtleks! Kuid sees on kasutusjuhend pdf formaadis. Laadige alla ja jätkake otsimist. Äärmiselt väärtusliku teabe hulgas on see, et "heli kodeerimistehnoloogia litsents saadi Thompsonilt" ja mille otsa patareid on raske sisestada, kuid on võimalik leida midagi sarnast tehnilised kirjeldused. Väga napp teave on dokumendi sügavustesse peidetud, lõpu poole.
Tsiteerin seda sõna-sõnalt, ekraanipildi kujul, sest sellest hetkest alates tekkis mul tõsiseid küsimusi nii antud arvude kohta, hoolimata sellest, et need olid vastavussertifikaadiga kinnitatud, kui ka nende tõlgendamise kohta.
Fakt on see, et just allpool oli kirjas, et esimese süsteemi vahelduvvooluvõrgust kulub võimsust 90 vatti ja teise üldiselt 75. Hmm.

Leiutatud igiliikur kolmas liik? Või äkki on muusikakeskuse korpuses peidus patareid? See ei paista välja - seadme märgitud kaal ilma akustikata on vaid kolm kilo. Siis, kuidas võrgust 90 vatti tarbides saate 700 salapärase väljundi (viide) või vähemalt haletsusväärse, kuid üsna käegakatsutava 120 vatti. Peab ju võimendi kasutegur olema umbes 150 protsenti ka väljalülitatud bassikõlariga! Kuid praktikas ületab see parameeter harva 75 riba.

Proovime artiklist saadud teavet praktikas rakendada.

Märgitud võrdlusvõimsus on 235+235+230=700 – see on selgelt PMPO. Nimiväärtuses on palju vähem selgust. Definitsiooni järgi see on hinnatud jõud, kuid see ei saa olla 60+60 ainult kahe põhikanali puhul, välja arvatud bassikõlar, nimivõimsusega 90 vatti. See meenutab üha enam mitte enam turundustrikk, kuid otsene valetab. Otsustades mõõtmete ja väljaütlemata reegli, RMS ja PMPO suhte järgi, peaks selle keskuse tegelik nimivõimsus olema 12-15 vatti kanali kohta ja kogusumma ei tohiks ületada 45. See tekib loogiline küsimus- kuidas saab usaldada Taiwani ja Hiina tootjad kui isegi teada Jaapani firma kas ta lubab endale seda teha?
Kas osta selline seade või mitte, on teie otsustada. Kui see peaks hommikul naabreid tüütama, siis jah. Muidu ilma mitut esmalt kuulamata muusikalised kompositsioonid erinevates žanrites, ma ei soovitaks seda.

Tõrvakann meepurgis.

Näib, et meil on peaaegu täielik loetelu parameetritest, mis on vajalikud võimsuse ja helikvaliteedi hindamiseks. Kuid põhjalikumal vaatlusel selgub, et see pole kaugeltki nii mitmel põhjusel:

• Paljud parameetrid on sobivamad mitte niivõrd signaali kvaliteedi objektiivseks peegeldamiseks, vaid mõõtmise mugavuse huvides. Enamik neist teostatakse sagedusel 1000 Hz, mis on parimate arvuliste tulemuste saamiseks väga mugav. See asub taustsagedusest kaugel elektrivõrk sagedusel 50 Hz ja võimendi sagedusvahemiku kõige lineaarsemas osas.
• Tootjad teevad sageli pattu, kohandades võimendi omadusi katsetele vastavaks. Näiteks isegi ajal Nõukogude Liit, ULF-id kavandati sageli nii, et need pakuksid parimat THD-indikaatorit maksimaalse väljundvõimsusega. Samal ajal poole võimsusega sisse push-pull võimendid Sageli ilmnes samm-tüüpi moonutus, mistõttu võib helitugevusnupu keskmises asendis harmooniliste moonutuste koefitsient skaalal langeda üle 10%!
• Andmelehed ja kasutusjuhendid sisaldavad sageli mittestandardseid võltsitud, täiesti kasutuid PMPO tüüpi omadusi. Samas pole alati võimalik isegi sellist leida põhiparameetrid Kuidas sagedusvahemik või nimivõimsus. Sagedusreaktsiooni ja faasireaktsiooni kohta pole midagi öelda!
• Parameetrite mõõtmisel kasutatakse sageli tahtlikult moonutatud meetodeid.

Pole üllatav, et paljud ostjad langevad sellistel tingimustel subjektiivsusse ja juhinduvad ostmisel parimal juhul, ainult lühikese kuulamise tulemuste põhjal, halvimal juhul hinnaga.

On aeg lõpetada, artikkel on juba liiga pikk!

Jätkame vestlust kvaliteedi hindamisest ja madalsagedusvõimendite moonutuste põhjustest järgmises artiklis. Minimaalsete teadmistega relvastatud saate liikuda selliste huvitavate teemade juurde nagu intermodulatsiooni moonutamine ja selle seos tagasiside sügavusega!

Kokkuvõtteks tahaksin avaldada siirast tänu Roman Parpalak parpalakile tema projekti eest lateksi ja allahindluse toetamiseks veebitoimetaja kohta. Ilma selle tööriistata on rakendustöö juba keeruline matemaatilised valemid tekst muutuks tõeliselt põrguks.

Signaali moonutamine võimendis

Signaali moonutamine võimendisühendatud esiteks lineaarne sõltuvus sisendi väljundsignaal, mis on tingitud kasutatud elementide staatiliste voolu-pinge karakteristikute mittelineaarsusest ja teiseks võimendatud signaali amplituudi ja faasi sagedussõltuvusest. Seetõttu võetakse võimendite töö analüüsimisel arvesse kahte tüüpi väljundsignaali moonutusi sisendi suhtes: staatilist (mittelineaarset) ja dünaamilist (amplituud ja faas), mille tulemusena on nii signaali kuju kui ka sagedusspekter. võimendatud signaali muutused. Dünaamilist moonutust nimetatakse mõnikord lineaarseks moonutuseks.

Mittelineaarsete moonutuste esinemise põhjus on näidatud joonisel fig. 2.1.4, c. On ilmne, et sisse sel juhul kui see puutub kokku võimendusseadme sisendiga harmooniline signaal, sisaldab väljundsignaal lisaks sisendharmoonikule ka mitmeid täiendavaid harmoonilisi. Nende harmooniliste välimus on tingitud võimenduse sõltuvusest sisendsignaali suurusest. Järelikult on mittelineaarsete moonutuste ilmnemine alati seotud signaali täiendavate harmooniliste komponentide ilmnemisega väljundis, mis sisendis puuduvad.

Sest kvantifitseerimine mittelineaarne moonutus on mittelineaarne moonutustegur (harmooniline tegur), mille arvutamine põhineb hinnangul suhteline suurus kõrgemad harmoonilised väljundsignaalis põhilisele, st.

, (2.1.7)

Kus A 2,..A p- väljundsignaali kõrgemate harmooniliste efektiivsed väärtused, alates teisest; A 1 - efektiivne väärtus väljundsignaali esimene (fundamentaalne) harmooniline.

Võimendiseadme sagedusmoonutusi hinnatakse selle sagedusreaktsiooni tüübi järgi. Vaatleme sagedusmoonutuste põhjuseid seadme näitel, mille sagedusreaktsioon on näidatud joonisel fig. 2.1.5.

Oletame, et võimendusseadme sisendis on signaal, mis on võrdne kahe sama amplituudiga harmoonilise summaga ja (joonis 2.1.6).

Vastavalt etteantud sageduskarakteristikule (joonis 2.1.5) . Siis on võimendi väljundis olev pinge joonisel fig. 2.1.6. Sisend- ja väljundsignaalide koguarvu võrdlus näitab, et need on oluliselt erinevad.

Ülaltoodud kaalutlustest on selge, et ideaalne sageduskarakteristik (sagedusmoonutuste puudumise seisukohalt) on selline, kus kõigi võimendatud sageduste puhul on täidetud järgmine seos: .

Riis. 2.1.5. Sagedusmoonutuste esinemine võimendis:

Võimendi sagedusreaktsioon.

Sagedusmoonutusi kvantifitseeritakse sageduse moonutusteguriga M, mis on arvuliselt võrdne amplituud-sageduskarakteristiku keskmise sageduspiirkonna võimenduse ja võimenduse suhtega antud sagedusel.

.

Ebaühtluse tõttu tekib faasimoonutus faasisagedusreaktsioon võimendiseadme (PFC) (püsiv kõver joonisel 2.1.7).

Riis. 2.1.6. Sagedusmoonutuste esinemine võimendis:

Võimendi sisend- ja väljundsignaalid.

Riis. 2.1.7. Faasimoonutuste esinemine võimendis: võimendi faasireaktsioon.

Faasreaktsiooni ideaalsuse tingimuseks on tingimus, et faas on sõltumatu võimendatud signaali sagedusest (katkendjoon joonisel 2.1.7), mida kirjeldab vormi lineaarne sõltuvus:

Faasi sõltumatuse tingimust sagedusest on aga praktikas raske tagada ja faasireaktsioon näeb joonisel fig. 2.1.7.

Vaatleme näite varal faasimoonutuste esinemise olemust. Oletame, nagu ka signaali amplituudmoonutuste puhul, et võimendusseadme sisendis on signaal, mis on võrdne kahe harmoonilise summaga ja nende signaalide sagedused erinevad kahekordselt, s.t. . Oletame ka, et võimendusseadme poolt sageduste ja vaheline faasinihe on võrdne . Võimendiseadme väljundsignaali tüüp tehtud eelduste kohaselt on näidatud joonisel fig. 2.1.8. On ilmne, et (nagu ka eelmisel juhul) on sisend- ja väljundsignaalide kuju oluliselt erinev.

Kui võimendatakse elektrilised signaalid võib esineda mittelineaarseid, sagedus- ja faasimoonutusi.

Mittelineaarne moonutus kujutavad võimendatud võnkumiste kõvera kuju muutust, mis on põhjustatud selle ahela mittelineaarsetest omadustest, mida need võnkumised läbivad.

Mittelineaarsete moonutuste ilmnemise peamiseks põhjuseks võimendis on võimenduselementide omaduste mittelineaarsus, samuti südamikuga trafode või drosselite magnetiseerimisomadused.

Transistori sisendkarakteristikute mittelineaarsusest põhjustatud signaali lainekuju moonutuste ilmnemist illustreerib graafik joonisel 1. Oletame, et võimendi sisendisse suunatakse siinuskujuline testsignaal. Transistori sisendkarakteristiku mittelineaarsesse sektsiooni sattudes põhjustab see signaal muutusi sisendvoolus, mille kuju erineb sinusoidsest. Sellega seoses muudab väljundvool ja seega ka väljundpinge sisendsignaaliga võrreldes oma kuju.

Mida suurem on võimendi mittelineaarsus, seda rohkem see moonutab sisendisse antavat siinuspinget. On teada (Fourier’ teoreem), et mis tahes mittesinusoidset perioodilist kõverat saab esitada harmooniliste võnkumiste ja kõrgemate harmooniliste summana. Seega tekivad mittelineaarsete moonutuste tulemusena võimendi väljundisse kõrgemad harmoonilised, s.t. täiesti uued vibratsioonid, mida sisendis ei olnud.

Võimendi mittelineaarse moonutuse astet hinnatakse tavaliselt väärtuse järgi mittelineaarne moonutustegur(harmooniline moonutus)

Kus
- mittelineaarsest võimendusest tulenevate harmooniliste poolt koormusel vabanevate elektriliste võimsuste summa; - esimese harmoonilise elektrivõimsus.

Juhtudel, kui koormuse takistusel on võimendatud signaali kõigi harmooniliste komponentide jaoks sama väärtus, määratakse harmooniline koefitsient valemiga

,

Kus -
jne. – esimese, teise, kolmanda jne efektiivsed või amplituudiväärtused. väljundvoolu harmoonilised;
jne. väljundpinge harmooniliste efektiivsed või amplituudiväärtused.

Harmoonikoefitsient väljendatakse tavaliselt protsentides, seega valemite abil leitud väärtus
tuleks korrutada 100-ga. Mittelineaarsete moonutuste kogusumma, mis tekib võimendi väljundis ja mille selle võimendi üksikud astmed tekitavad, määratakse ligikaudse valemiga:

Kus -
iga võimendiastme poolt tekitatud mittelineaarsed moonutused.

Harmooniliste moonutuste lubatud väärtus sõltub täielikult võimendi otstarbest. Instrumentaalvõimendites on harmooniliste moonutuste lubatud väärtus
on kümnendik protsenti.

Sagedus kutsutakse moonutus , mis on põhjustatud võimenduse muutumisest erinevatel sagedustel. Sagedusmoonutuste põhjuseks on reaktiivsete elementide olemasolu ahelas - kondensaatorid, induktiivpoolid, võimenduselementide elektroodidevahelised mahtuvused, paigaldusmahtuvus jne.

Näiteks joonisel fig. Joonisel 2 on näidatud ULF-i amplituud-sagedusreaktsioon.

Riis. 2. Amplituud-sagedus Joon. 3. Faasi sagedusreaktsioon

ULF-i omadused. võimendi

Amplituud-sageduskarakteristikute koostamisel on mugavam joonistada sagedus piki abstsisstellge mitte lineaarsel, vaid logaritmilisel skaalal. Iga sageduse jaoks joonistatakse väärtus tegelikult piki telge lgf ja sageduse väärtus on allkirjastatud.

Väljendatakse moonutuste aste üksikutel sagedustel sageduse moonutustegur M, võrdne võimenduse suhtega antud sagedusel

Tavaliselt esineb suurim sagedusmoonutus sagedusvahemiku servades f n ja f V. Sagedusmoonutuste koefitsiendid on sel juhul võrdsed

,

Kus TO n Ja TO c – vastavalt võimendustegurid vahemiku alumisel ja ülemisel sagedusel.

Madalsagedusvõimendite puhul on ideaalne sageduskarakteristik horisontaalne sirgjoon (joon AB joonisel 2).

Kus TOn Ja TOV- vastavalt võimendustegurid vahemiku alumisel ja ülemisel sagedusel. Sagedusmoonutusteguri definitsioonist järeldub, et kui M> 1, siis on sageduskarakteristikul selle sageduse piirkonnas plokk ja kui M < 1, - то подъем. Для усилителя низкой частоты идеальной частотной характеристикой является горизонтальная прямая (линия АВ на рис. 12.5).

Mitmeastmelise võimendi sagedusmoonutuskoefitsient võrdub üksikute astmete sagedusmoonutuskoefitsientide korrutisega

M = M1 M 2 M 3 . ..Mn.

Järelikult saab ühes võimendiastmes esinevaid sagedusmoonutusi teises võimendiastmes kompenseerida nii, et üldine sagedusmoonutustegur ei ületaks määratud piiri. Sagedusmoonutustegurit ja ka võimendustegurit on mugav väljendada detsibellides:

M DB = 20 lg M.

Mitmeastmelise võimendi puhul

M DB = M 1 dB + M 2 dB + M3 DB +…+ Mn DB

Lubatud sagedusmoonutuste suurus sõltub võimendi otstarbest. Näiteks instrumentaalvõimendite puhul määratakse lubatud moonutus nõutava mõõtmistäpsusega ja see võib olla kümnendiku või isegi sajandiku detsibelli suurus.

Tuleb meeles pidada, et võimendi sagedusmoonutustega kaasneb alati sisend- ja väljundsignaali faasinihe, st faasimoonutus. Sel juhul tähendavad faasimoonutused tavaliselt ainult võimendi reaktiivelementide poolt tekitatud nihkeid ning võimenduselemendi enda poolt faasipööret ei võeta arvesse.

Faasi moonutus, võimendi panustatud väärtusi hinnatakse selle faasi-sageduskarakteristiku järgi, mis on graafik võimendi sisend- ja väljundpinge vahelise faasinihke nurga φ sõltuvusest sagedusest. 3. Kui faasinihe sõltub lineaarselt sagedusest, võimendis ei esine faasimoonutusi. Ideaalne faasisageduskarakteristik on sirgjoon, mis algab koordinaatide alguspunktist - punktiirjoon joonisel fig. 3. Reaalvõimendi faasisageduskarakteristikul on joonisel fig. 3. pidev joon.

Mittelineaarsed moonutused.

Kui võimendi sisendile rakendatakse siinuspinge, siis ei ole väljundis võimendatud pinge siinus, vaid keerulisem. See koosneb lihtsatest sinusoidaalsetest võnkumistest – põhi- ja kõrgematest harmoonilistest. Seega lisab võimendi täiendavaid harmoonilisi, mida võimendi sisendis ei olnud.

Joonis 2 – Mittelineaarne moonutus

Joonisel 2 on kujutatud siinuspinge võimendi Uвx sisendis ja moonutatud mittesinusoidne pinge väljundis Uout. Sel juhul võtab võimendi kasutusele teise harmoonilise. Pingegraafikul Uout näitab kriips kasulikku esimest harmoonilist (põhivõnkumist), mille sagedus on sama kui sisendpinge, ja kahjulikku teist harmoonilist kahekordse sagedusega. Väljundpinge on nende kahe harmoonilise summa.
Võimendatud võnkumiste kuju moonutamine, s.o. Täiendavate harmooniliste lisamist põhivõnkumisele nimetatakse mittelineaarseks moonutuseks. Need väljenduvad selles, et heli muutub kähedaks ja ragisevaks. Mittelineaarsete moonutuste hindamiseks kasutage mittelineaarse moonutuse koefitsienti kH, mis näitab, mitu protsenti moodustavad kõik võimendi enda loodud lisaharmoonikud põhivõnkumise 1 suhtes.
Kui kn on alla 5%, st kui võimendi poolt lisatud harmoonilised ei moodusta rohkem kui 5% esimesest harmoonilisest, siis kõrv moonutust ei märka. Kui mittelineaarne moonutuskoefitsient on üle 10%, rikuvad heli kähedus ja ragin juba kunstiliste saadete muljet. Kui kH on üle 20%, on moonutus vastuvõetamatu ja isegi kõne muutub arusaamatuks.
Mittelineaarsed moonutused tekivad ka siis, kui kõne ja muusika edastamisel võimendatakse keeruliste kujundite vibratsiooni. Sel juhul moonutatakse ka võimendatud võnkumiste kuju ja lisanduvad ebavajalikud harmoonilised. Komplekssed vibratsioonid ise koosnevad harmoonilistest, mida võimendi peab korrektselt taasesitama. Neid ei tohiks segi ajada võimendi enda loodud täiendavate harmoonilistega. Sisendpinge harmoonilised on kasulikud, kuna need määravad heli tämbri, samas kui võimendi poolt sisestatavad harmoonilised on kahjulikud. Need tekitavad mittelineaarseid moonutusi.
Võimendite mittelineaarsete moonutuste põhjused on: lampide ja transistoride omaduste mittelineaarsus, juhtvõrgu voolu olemasolu lampides ja trafode või madalsageduslike drosselite südamike magnetiline küllastumine. Märkimisväärseid mittelineaarseid moonutusi tekitatakse ka kõlarites, telefonides, mikrofonides ja helivõtturites.
3. Muud tüüpi moonutused. Saadavus aastal võimendusseade reaktsioonivõime viib faasimoonutuste ilmnemiseni. Faasinihked erinevate võnkumiste vahel võimendi väljundis ei ole samad, mis sisendis. Helide taasesitamisel need moonutused rolli ei mängi, kuna inimese kuulmisorganid neid ei taju, küll aga mitmel juhul, näiteks televisioonis, mõjuvad. halb mõju.
Iga võimendi tekitab moonutusi dünaamiline ulatus. Tekib selle kokkusurumine, st suhe iseendaga tugev kõikumine kõige nõrgemale osutub võimendi väljund väiksemaks kui sisendil. See häirib loomulikku heli. Selliste moonutuste vähendamiseks tutvustavad nad mõnikord spetsiaalne seade dünaamilise ulatuse laiendamiseks, mida nimetatakse laiendajaks. Dünaamilise ulatuse kokkusurumine toimub ka elektroakustilistes seadmetes.

Võimendi põhiparameetrid

Iga võimendi, mis on ette nähtud meditsiiniliste ja bioloogiliste signaalide töötlemiseks, võib olla kujutatud aktiivse kvadripoolina (joonis 1.1). Võimendi sisendisse on ühendatud EMF Evx ja sisetakistusega Ri signaaliallikas. Sisendahelas voolab sisendvool Iin, mille väärtus oleneb sisendtakistus võimendi Rin ja signaaliallika sisetakistus. Pingelanguse tõttu sisemine takistus signaali allikast, sisendpinge, mida võimendi tegelikult võimendab, erineb EMF allikas signaal:

Joonis 1.1 - Ekvivalent võimendi ahel

Võimendi väljundvool on koormusvool Rн. Selle voolu suurus sõltub väljundpingest, mis erineb pingest tühikäik kUin võimendi väljundtakistuse tõttu

Võimendi omaduste hindamiseks tutvustatakse mitmeid parameetreid.
- Pinge ja voolu võimendused

Need koefitsiendid näitavad, mitu korda muutuvad väljundpinge ja voolu väärtused võrreldes sisendväärtustega. Võimsuse suurenemise võib leida kui

Igal võimendil on K P >>1, samas kui voolu ja pinge võimendus võib olla väiksem kui ühtsus. Kui aga samal ajal K I<1 и K U <1, устройство не может считаться усилителем.
Tuleb märkida, et enamik võimendiahelaid sisaldavad reaktiivseid elemente (mahtuvus ja induktiivsus), seetõttu on võimendi võimendus üldiselt keeruline

Kus nurk määrab signaali faasinihke suuruse, kui see liigub sisendist väljundisse.
Võimendi amplituud-sagedusreaktsioon (AFC) määrab võimenduse sõltuvuse võimendatud signaali sagedusest. Võimendi sageduskarakteristiku ligikaudne vaade on näidatud joonisel 1.2. Võimenduskoefitsient K 0 on koefitsiendi maksimaalne väärtus nn keskmisel sagedusel. Sageduskarakteristiku kaks iseloomulikku punkti määratlevad võimendi "pääsuriba" mõiste. Sagedusi, mille korral võimendus väheneb teguri võrra (või 3 dB võrra), nimetatakse piirsagedusteks. Joonisel fig. 1,2 f 1 on alumine piirsagedus f N ja f 2 on võimenduse (f B) ülemine piirsagedus. Erinevus:

F = f B – f H

nimetatakse võimendi ribalaiuseks, mis määrab võimendi töösagedusvahemiku.
Üldiselt näitab sageduskarakteristik, kuidas väljundsignaali amplituud muutub sisendsignaali konstantse amplituudiga sagedusvahemikus, samas kui eeldatakse, et signaali kuju ei muutu. Et hinnata võimenduse muutust sageduse muutumisega, võetakse kasutusele sagedusmoonutuse mõiste

M N = M B = . Sagedusmoonutusi liigitatakse lineaarseteks, st. mille välimus ei too kaasa algsignaali kuju moonutusi.
Sagedusreaktsiooni tüübi järgi võib võimendid jagada mitmesse klassi.
Alalisvooluvõimendid: f H = 0 Hz, f B = (103 3 - 108 8) Hz;
Helisagedusvõimendid: f H = 20 Hz, f B = (15 - 20) 10 Hz;
Kõrgsagedusvõimendid: f H = 20*103 Hz, f B = (200 - 300) · 103 3 Hz.
Kitsasribalised (selektiivsed) võimendid. Viimaste eripäraks on see, et nad võimendavad praktiliselt ühte harmoonilist kogu signaali sagedusspektrist ning nende ülemise ja alumise piirsageduse suhe on:

Joonis 1. 2- Võimendi sageduskarakteristik

Võimendi amplituudikarakteristik peegeldab sisendsignaali muutumisel väljundsignaali suuruse muutumise omadusi. Nagu näha jooniselt fig. 1.3 väljundpinge ei ole sisendpinge puudumisel null (UOUTmin). See on tingitud võimendi sisemisest mürast, mis piirab võimendi sisendile rakendatava sisendpinge minimaalset väärtust ja määrab selle tundlikkuse:

Sisendpinge märkimisväärne tõus (punkt 3) toob kaasa asjaolu, et amplituudi karakteristik muutub mittelineaarseks ja väljundpinge edasine suurenemine peatub (punkt 5). See on tingitud võimendi astmete küllastumisest. Vastuvõetavaks sisendpinge väärtuseks loetakse väärtust, mille juures väljundpinge ei ületa UOUTmax, mis, nagu on näha jooniselt 1.3, asub amplituudikarakteristiku lineaarlõike piiril. Amplituudi karakteristik määrab võimendi dünaamilise ulatuse:

Mõnikord arvutatakse dünaamiline ulatus mugavuse huvides detsibellides järgmiselt:

Joonis 1. 3 - Võimendi amplituudikarakteristik

Võimendi täielik harmooniline moonutus (THD) määrab sinusoidaalse lainekuju moonutamise astme võimendamise ajal. Signaali moonutamine tähendab, et selle spektris ilmuvad koos peamise (esimese) harmoonikuga kõrgema järgu harmoonilised. Selle põhjal saab mittelineaarse moonutusteguri leida järgmiselt:

kus U i on harmoonilise arvuga i>1 pinge. On hästi näha, et kõrgemate harmooniliste puudumisel väljundsignaalis on K Г = 0, s.o. sinusoidne signaal sisendist väljundisse edastatakse ilma moonutusteta. Sisend- ja väljundtakistus mõjutavad võimendi tööd üsna märgatavalt. Muutuvate või muutuvate signaalide võimendamisel võib takistusi leida järgmiselt:

Alalisvoolu korral saab neid parameetreid määrata lihtsustatud valemite abil

Sisend- ja väljundtakistuste määramisel tuleb meeles pidada, et mõnel juhul võivad need ahela reaktiivsete elementide tõttu olla keerulised. Sel juhul võib signaalis esineda olulisi sagedusmoonutusi, eriti kõrgsagedusalas. Mobiilside võimendus: mobiilsidesignaali võimendaja gsm.

Vaatame võimendite põhiomadusi.

Amplituudikarakteristik on väljundpinge (voolu) amplituudi sõltuvus sisendpinge (voolu) amplituudist (joonis 9.2). Punkt 1 vastab Uin=0 juures mõõdetud mürapingele, punkt 2 vastab minimaalsele sisendpingele, mille juures saab signaali eristada võimendi väljundis taustmürast. Sektsioon 2–3 on tööosa, kus säilitatakse võimendi sisend- ja väljundpinge proportsionaalsus. Pärast punkti 3 täheldatakse sisendsignaali mittelineaarseid moonutusi. Mittelineaarse moonutuse astet hinnatakse mittelineaarse koefitsiendiga

moonutus (või harmooniline moonutus):

,

kus U1m, U2m, U3m, Unm on vastavalt väljundpinge 1. (fundamentaal), 2., 3. ja n-nda harmoonilise amplituudid.

Suurusjärk iseloomustab võimendi dünaamilist ulatust.

Riis. 9.2. Võimendi amplituudi reaktsioon

Võimendi amplituud-sagedusreaktsioon (AFC) on võimendusmooduli sõltuvus sagedusest (joonis 9.3). Sagedusi fн ja fв nimetatakse alumiseks ja ülemiseks piirsageduseks ning nende erinevuseks

(fн–fв) – võimendi ribalaius.

Riis. 9.3. Võimendi sageduskarakteristik

Piisavalt väikese amplituudiga harmoonilise signaali võimendamisel ei esine võimendatud signaali kuju moonutusi. Kui võimendatakse mitut harmoonilist sisaldavat kompleksset sisendsignaali, võimendab võimendi harmoonilisi ebavõrdselt, kuna ahela reaktantsid varieeruvad sõltuvalt sagedusest, mille tulemuseks on võimendatud signaali moonutatud lainekuju.

Selliseid moonutusi nimetatakse sagedusmoonutusteks ja neid iseloomustab sagedusmoonutuskoefitsient:

Kus Kf on võimenduse suurus antud sagedusel.

Sagedusmoonutuste koefitsiendid

Ja neid nimetatakse vastavalt alumise ja ülemise piirsageduse moonutuskoefitsientideks.

Sageduskarakteristikut saab joonistada ka logaritmilisel skaalal. Sel juhul nimetatakse seda LFC-ks (joonis 9.4), võimendi võimendust väljendatakse detsibellides ja sagedused kantakse abstsisstelljele läbi kümnendi (sagedusvahemik 10f ja f vahel).

Riis. 9.4. Logaritmiline amplituud-sagedusreaktsioon

võimendi (LAFC)

Tavaliselt valitakse võrdluspunktideks sagedused, mis vastavad f=10n. LFC kõveratel on igas sageduspiirkonnas teatud kalle. Seda mõõdetakse detsibellides kümnendi kohta.

Võimendi faasisagedusreaktsioon (PFC) on sisend- ja väljundpinge vahelise faasinurga sõltuvus sagedusest. Tüüpiline faasireaktsioon on näidatud joonisel fig. 9.5. Seda saab joonistada ka logaritmilisel skaalal.

Keskmise sagedusega piirkonnas on täiendav faasimoonutus minimaalne. Faasireaktsioon võimaldab hinnata faasimoonutusi, mis tekivad võimendites samadel põhjustel kui sagedusmoonutusi.

Riis. 9.5. Võimendi faasisagedusreaktsioon (PFC).

Faasimoonutuste esinemise näide on näidatud joonisel fig. 9.6, mis näitab kahest harmoonilisest (punktiirjoon) koosneva sisendsignaali võimendust, mis võimendamisel läbivad faasinihkeid.

Riis. 9.6. Faasimoonutus võimendis

Võimendi transientreaktsioon on väljundsignaali (vool, pinge) sõltuvus ajast järsul sisendtegevusel (joonis 9.7). Võimendi sagedus-, faasi- ja siirdeomadused on üksteisega ainulaadselt seotud.

Riis. 9.7. Võimendi transientreaktsioon

Kõrgsageduslik piirkond vastab mööduvale reaktsioonile väikeste aegade piirkonnas ja madala sagedusega piirkond vastab mööduvale reaktsioonile suurte aegade piirkonnas.

Võimendatud signaalide olemuse põhjal eristatakse neid:

o Pideva signaali võimendid. Asutamisprotsessid on siin tähelepanuta jäetud. Peamine omadus on sageduse ülekanne.

o Impulsssignaali võimendid. Sisendsignaal muutub nii kiiresti, et väljundlainekuju määramisel on määravaks siirded võimendis. Peamine omadus on võimendi impulsi ülekande karakteristik.

Vastavalt võimendi otstarbele jagunevad need järgmisteks osadeks:

o pingevõimendid,

o vooluvõimendid,

o võimsusvõimendid.

Kõik need võimendavad sisendsignaali võimsust. Kuid võimsusvõimendid ise peavad ja on võimelised andma antud võimsust koormusele suure kasuteguriga.

1. Koostage mnemokoodides ja masinkoodides programmifragmendid järgmiste toimingute jaoks:

Mittelineaarsete moonutuste tunnuseks on selline moonutus signaali vorm, milles selle spektrisse ilmuvad uued sageduskomponendid.

Võimendi mittelineaarsus on tingitud mittelineaarsete elementide olemasolust selles (transistorid, lambid, trafod, dioodid). Mittelineaarne element sisaldab mittelineaarseid parameetreid (transistoride, dioodide sisendtakistused, trafo südamiku materjali dünaamiline magnetläbilaskvus).

Mittelineaarset moonutust hinnatakse dünaamilise karakteristiku põhjal, mis on võimendi väljundi ja sisendi voolude või pingete hetkeväärtuste suhe. Dünaamiline karakteristik määratakse signaali varieerumise suurte piiride jaoks, mis viib pingete ja voolude mittelineaarsete sõltuvuste piirkonda.

Eristatakse järgmisi dünaamiliste omaduste tüüpe:

• 1. Väljundi dünaamilise karakteristiku tüüp
• 2. Sisestage dünaamilise vastuse tüüp
• 3. Tüübi läbipääsu dünaamiline omadus
• 4. Tüübi otsast lõpuni dünaamiline omadus

Siin i 2 ja u 2 on voolude ja pingete hetkväärtused väljundis, i 1 ja u 1 on voolude ja pingete hetkväärtused sisendis, e 1 on signaali allika emf võimendi sisend.

Vaatleme näiteks tüüpilist läbilaskevõimet, mida kasutatakse sageli mittelineaarsete moonutuste arvutamiseks (joonis 1.14, a).

Riis. 1.14.

a) reaalne, b) ideaalne

Dünaamiline karakteristik, mis vastab võimendi tekitatud moonutuste puudumisele, on näidatud joonisel fig. 1.14, a.

Kui dünaamiline karakteristik kaldub kõrvale lineaarsest, tekivad mittelineaarsed moonutused. Peamised mittelineaarsed moonutused tuuakse sisse lõpp- ja terminalieelses etapis, mille aktiivsed võimenduselemendid töötavad suure signaali režiimis.

Mittelineaarsete moonutuste kvantitatiivse hindamise meetodid

Mittelineaarse moonutuse suuruse saab määrata:

• 1. otse dünaamilise karakteristiku kuju järgi;
• 2. genereeritud mittelineaarsete moonutuste spektri järgi (harmoonikud, kombinatsioonisagedused).

Mittelineaarsete moonutuste hindamisel esimese televisioonis kasutatava meetodi abil määratakse moonutuse suurus dünaamilise karakteristiku kalde keskmise muutuse suhtega, mis tekib signaali pinge kõikumisel vahemikus u 1 max kuni u 1 min kalde algväärtuseni u 1 0 juures, mis on võrdne tg-ga, mis vastab mittelineaarsele moonutustegurile

Seda illustreerib joonis 1.15.

Riis. 1.15.

Mittelineaarsete moonutuste hindamisel teise meetodi abil tuleb eeldada, et:

• a) sisendsignaal on kindla sagedusega ühtlane harmooniline võnkumine;
• b) sisendsignaaliks on kompleksse kujuga püsiseisundi perioodilised võnkumised.

Juhtumid (a) ja (b) erinevad oluliselt nii tekkivate mittelineaarsete moonutuste olemuse kui ka nende arvutamise ja mõõtmise metoodika poolest.

Juhul (a) tekivad võimendi mittelineaarsuse tõttu lisaks sisendis oleva signaali sagedusega võnkumisele ka harmoonilised võnked sagedustega jne. Sel juhul määrab mittelineaarsete moonutuste suuruse harmooniliste koefitsient K g, mis on harmooniliste pinge (või voolu) kogu efektiivse väärtuse ja põhisageduse pinge (või voolu) suhe.

Tavaliselt väljendatakse harmoonilisi moonutusi protsentides järgmiselt:

Ilmselt ei muutu Kg väärtus, kui pingete või voolude efektiivsete väärtuste asemel asendatakse nende avaldistega nende amplituudi väärtused. Võimendi koormustakistuse puhtalt aktiivse olemuse korral on avaldistest (1.13) ja (1.14) leitud harmoonilistegur sama väärtusega, kuna kõigi harmooniliste pinged ja voolud on omavahel ühendatud konstantse takistuse väärtusega. Koormustakistuse keeruka olemuse tõttu on näidatud avaldistest leitud K g väärtused erinevad ja (1.13) või (1.14) tuleks kasutada sõltuvalt sellest, mis on vaadeldaval juhul oluline - mittelineaarne. pinge või voolu moonutused.

Igal juhul saab harmoonilist moonutust väljendada harmoonilise summaarse võimsuse ja põhisageduse võimsuse suhtena, s.o.

Helisagedusvõimendite harmoonilise koefitsiendi lubatud väärtus, olenevalt vastava taasesitustee kvaliteedist, jääb vahemikku 0,1% kuni (3...5)%. Eriti ranged nõuded mittelineaarsete moonutuste osas on kehtestatud mõõteseadmete võimenditele (kg suurusjärgus sajandik- ja tuhandik protsenti). Televisioonivõimendites võivad mittelineaarsed moonutused, mis põhjustavad heleduse suhte muutusi, olla märkimisväärsed (Kg = 10...15%), ilma et see pildikvaliteeti oluliselt mõjutaks. Sama kehtib ka impulssvõimendite kohta, mis samuti kasutavad teatud juhtudel signaali piiramist maksimumini.