Основные показатели усилительных устройств.

Основные показатели усилительных устройств. РАЗДЕЛ 1 1.1 Общие сведения об усилительных устройствах Усилители электрических сигналов являются основой построения всей аппаратуры систем телекоммуникаций: усиление электрических сигналов является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов. Они широко применяются в аппаратуре дальней проводной связи, измерительной технике, вычислительной технике и многих других областях современной науки и техники. На базе усилителя, охваченного цепью обратной связи можно реализовать такие устройства, как генераторы сигналов различной формы, активные фильтры, устройства математической обработки сигналов, регенераторы цифровых сигналов. Они являются основой построения как аналоговых, так и цифровых интегральных схем. Усилитель электрических сигналов это устройство, увеличивающее (усиливающее) мощность подводимых к нему электрических сигналов путем управления ими энергией собственного источника питания при помощи усилительных элементов (УЭ). На рис. 1.1 представлена в общем виде структурная схема усилительного тракта, включающая в себя усилитель с собственным источником питания, источник сигнала и нагрузку. Рисунок 1.1 Усилитель имеет входную и выходную сигнальные цепи и цепи питания. Во входную цепь включается источник сигнала, от которого ко входу усилителя подводится сигнал с напряжением Uвх, током Iвх и мощностью Рвх. В выходную цепь включается нагрузка, к которой от усилителя подводится усиленный сигнал с напряжением Uвых, током Iвых и мощностью Pвых. К цепи питания усилителя подключается собственный источник питания, мощность которого Р0 преобразуется в мощность усиленного сигнала Рвых. На схеме рисунка 1.1 усилитель изображен в виде активного четырехполюсника, обладающего способностью увеличивать мощность входного сигнала, получая Рвых > Pвх. Среди многих показателей, характеризующих свойства этого четырехполюсника, важнейшими являются коэффициенты усиления по мощности Км=Рвых/Рвх, по напряжениюК=Uвых/Uвх и по току КТ=Iвых/Iвх. Следует отметить, что мощность Рвых, отдаваемая усилителем в нагрузку, меньше мощности Р0 , потребляемой им от источника питания. Это обусловлено неизбежными потерями части потребляемой от источника питания мощности Рп =Р0 – Рвых в усилительных и пассивных элементах, приводящими к нежелательному нагреву этих элементов, а также к снижению коэффициента полезного действия (КПД) усилителя, который оценивается как Рвых/Р0. Вопросы повышения КПД усилителя и отвода тепла очень важны в усилителях и особенно в мощных усилителях и интегральных микросхемах. В качестве источника сигнала используются микрофоны, передающие телевизионные трубки, детекторы радиоприемников, предшествующие усилители, каналы связи, различные датчики и т.д. Нагрузкой усилителя могут быть электродинамический громкоговоритель (“динамик”) или устройство из нескольких динамиков (“колонка”), головные телефоны, электронно-лучевая трубка (в осциллографе), кинескоп (в телевидении), последующие усилители, каналы связи и. т. д. В качестве усилительных элементов (УЭ) в усилителях аппаратуры телекоммуникаций используются преимущественно биполярные и полевые транзисторы (БТ и ПТ) в виде дискретных приборов или интегральных микросхем (ИМС), реже – электронные лампы (например, в мощных усилителях радиочастоты, в мощных модуляционных усилителях радиопередающих устройств, а также в трансляционных усилителях, используемых на оконечных станциях радиотрансляционных узлов). В специальных случаях в качестве УЭ используются и другие приборы, например, дроссели насыщения (в магнитных усилителях систем автоматики), полупроводниковые диоды – варикапы и вариконды (в емкостных или, иначе говоря, диэлектрических усилителях радиочастоты). И те, и другие называют еще параметрическими (или реактивными) усилителями. Известны и другие приборы с управляющими свойствами, имеющие более узкие специальные области применения. В качестве источника питания в электронных усилителях обычно используют источник постоянного тока (выпрямитель, химический источник) с необходимыми значениями напряжения и тока питания Ев и Iв. В магнитных же и диэлектрических усилителях применяют источники переменного тока. Свойства усилителя должны определяться свойствами усиливаемого сигнала. Усиливаемый электрический сигнал eист(t) характеризуется сложной функцией от времени (формой) и спектром частот с граничными частотами fмин и fмакс, получаемым путем разложения этой функции на гармонические составляющие (рис.1.2 а, б). В случае периодической функции eист(t) спектр будет дискретным, в случае непериодической функции – сплошным. Чтобы усиливать сигнал без искажений, усилитель должен, во-первых, обладать способностью усиливать сигналы разной величины (иметь динамический диапазон, соответствующий динамическому диапазону сигнала), и, во-вторых, иметь соответствующую полосу пропускания частот (fв – fн), не меньшую ширины спектра сигнала (fмакс – fмин), то есть (fв – fн) ³ (fмакс – fмин), где fв и fн – соответственно нижняя и верхняя рабочие частоты (граничные частоты) усилителя, которые должны удовлетворять условиям fв ³ fмакс и fн £ fмин. При этом за среднюю частоту полосы пропускания усилителя принимают частоту . Рисунок 1.2 Для анализа свойств усилителя источник сигнала, усилитель и нагрузку представляют в виде эквивалентных электрических схем (рис.1.1) по сигналу (по переменному току). Источник сигнала представляют в виде независимого активного двухполюсника, то есть либо в виде независимого источника ЭДС Eист с внутренним (выходным) сопротивлением Zист , как изображено на рис. 1.1, либо в виде независимого источника тока Iист.к.з.=Еист/Zист с параллельно подключенным к нему сопротивлением Zист (или выходной проводимостью Yист=1/Zист), под действием которого на входе усилителя возникают входной ток Iвх и входное напряжение Uвх сигнала, и, следовательно, ко входу подводится мощность сигнала Рвх. Сам усилитель представляют в виде зависимого активного четырехполюсника, то есть со стороны входа усилителя – в виде входного сопротивления Zвх , которое будет являться сопротивлением нагрузки для источника сигнала (определяя вместе с последним величину входного тока Iвх и входного напряжения Uвх сигнала), а со стороны выхода – либо в виде зависимого источника ЭДС Евых с выходным (внутренним) сопротивлением Zвых, как показано на рис.1.1, либо в виде зависимого источника токаIвых.к.з.=Евых/Zвых с тем же выходным сопротивлением Zвых (или выходной проводимостью Yвых=1/Zвых), причем Евых и Iвых.к.з. пропорциональны входному напряжению Uвхили входному току Iвх усилителя. Под действием этого зависимого источника в выходной цепи усилителя (в нагрузке) возникают выходной ток Iвых, выходное напряжение Uвыхи выделяется мощность усиленного сигнала Рвых. Нагрузку представляют в виде сопротивления Zн. При определении параметров зависимых источников ЭДС и тока Евых, Iвых.к.з., Zвых, Yвых и Zвх используют эквивалентные электрические схемы (электрические модели) УЭ по сигналу, а также статические и динамические характеристики УЭ. В общем случае все приводимые в эквивалентных схемах величины (за исключением мощностей) имеют комплексный характер и зависят от частоты сигнала, что обусловлено переходными процессами в цепях усилителя в областях верхних и нижних частот его полосы пропускания, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы (индуктивностей и емкостей), а также влиянием инерционных свойств УЭ (на высоких частотах). При этом все сопротивления Zист, Zвх, Zвых и Zн будут содержать кроме резистивных составляющих сопротивлений, соответственно, Rист, Rвх, Rвых и Rн, реактивные составляющие сопротивлений, соответственно, ± jXист, ± jXвх, ± jXвых, ± jXн, то есть Zист =Rист ± jXист, Zвх=Rвх± jXвх, Zвых=Rвых± jXвых, Zн=Rн± jXн. Следует отметить, что для практики особый интерес представляют случаи, когда влиянием реактивных составляющих сопротивлений можно пренебречь в виду малости этого влияния, например, в области средних частот (области установившегося режима). В этих случаях все сопротивления становятся активными, не зависящими от частоты, то естьZист=Rист, Zвх=Rвх, Zвых=Rвых, Zн=Rн, а, следовательно, и все ЭДС, напряжения и токи становятся действительными и не зависящими от частоты, то есть Еист=Еист, Uвх=Uвх,Евых=Евых, Iвых.к.з.=Iвых.к.з., Uвых=Uвых, Iвых=Iвых. Простейший усилитель содержит один УЭ с пассивными элементами связи (ЭС), например, резисторами, конденсаторами, трансформаторами, соединяющими УЭ с источником сигнала, с нагрузкой и с источником питания и создающими ему оптимальные условия работы. На структурной схеме УЭ и ЭС изображаются одним активным четырехполюсником. На практике для получения необходимого усиления одного УЭ может оказаться недостаточно и тогда в усилителе используются несколько УЭ, соединенных так, что сигнал, усиленный одним УЭ, с помощью пассивных элементов связи (ЭС) подводится ко входу следующего УЭ для последующего усиления и т.д. При этом один УЭ и отнесенные к нему ЭС образуют усилительный каскад, а все каскады образуют многокаскадный усилитель. На структурных схемах каждый усилительный каскад изображается в виде активного четырехполюсника. На рис. 1.3 в порядке иллюстрации приведена структурная схема трехкаскадного усилителя, где каскады – активные четырехполюсники К1, К2, К3, входящие в состав усилителя, соединены между собой каскадно. Ко входу этого трехкаскадного усилителя подключен источник сигнала (Еист, Zист), а к выходу – нагрузка (Zн). Рисунок 1.3 Самым мощным каскадом многокаскадного усилителя является выходной (оконечный) каскад (в данном примере каскад К3), который обеспечивает в нагрузке требуемые мощность Рвых, напряжение Uвых и ток Iвых. Он потребляет от собственного источника питания наибольшую мощность Р03. Ему предшествуют каскады предварительного усиления (в приведенной схеме входной К1 и предвыходной или предоконечный К2), предназначенные для предварительного усиления сигнала до величины, необходимой для нормальной работы выходного каскада К3. Они потребляют от собственного источника питания небольшую мощность (Р01+Р02). Все каскады – активные четырехполюсники К1,К2, К3 входят в состав общего активного четырехполюсника К = К1К2К3, представляющего трехкаскадный усилитель в целом. Как видно из схемы рис. 1.3, входной каскад К1 с одной стороны является нагрузкой Zвх1 для источника сигнала усилителя Еист, Zист, а с другой стороны – зависимым источником сигнала Евых1, Zвых1 для следующего, предвыходного каскада К2, который, в свою очередь, является нагрузкой Zвх2 для входного каскада К1 и зависимым источником сигнала Евых2, Zвых2 для выходного каскада К3, а выходной каскад К3, являясь нагрузкой Zвх3 для предвыходного каскада, будет зависимым источником сигналаЕвых3, Zвых3 для нагрузки усилителя Zн. Энергетические показатели многокаскадного усилителя зависят в основном от выходного каскада, поэтому в нем широко используют специальные (двухтактные) схемы с экономичными режимами работы УЭ (например, режимы “B”, “AB” и др.). Для улучшения показателей усилителей широко используется отрицательная обратная связь (ООС), которой охватывают либо один каскад (как правило, выходной), либо группу каскадов, либо весь усилитель в целом. 1.2 Классификация электронных усилителей Как уже отмечалось выше, свойства усилителя и его конструктивно–технологические особенности зависят от свойств усиливаемого электрического сигнала, характеризуемых формой и спектром частот сигнала, и от назначения устройства и системы, в состав которых он входит. Поэтому усилители, прежде всего, классифицируют по свойствам усиливаемого электрического сигнала – его форме и спектру частот. По форме электрические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные. К гармоническим сигналам относят непрерывные периодические и квазипериодические сигналы различной формы и величины. Простейшим гармоническим сигналом является сигнал, содержащий одну гармоническую составляющую, то есть изменяющийся по синусоидальному или косинусоидальному закону. На рис. 1.2 а,б приведен пример сложного гармонического сигнала. Типичным примером сложных гармонических сигналов являются сигналы речи и музыки, то есть сигналы звуковых частот. Эти сигналы допускают в процессе усиления неодинаковое смещение во времени отдельных его гармонических составляющих, так как восприятие таких сигналов органами слуха мало зависит от такого смещения, несмотря на возникающие при этом изменения формы сигнала. Усилители, предназначенные для усиления таких сигналов, называются усилителями гармонических сигналов или гармоническими усилителями. Примером гармонических усилителей являются усилители звуковых частот (у них fн=20Гц и fв=20кГц), широко применяемые как в качестве важнейших функциональных узлов таких сложных устройств, как радиопередающие и радиоприемные устройства, так и в качестве самостоятельных или выделенных устройств (например, усилители всевозможной аудиоаппаратуры, усилители оконечных станций радиотрансляционных узлов и т.д.). Оценку свойств гармонических усилителей проводят по амплитудно-частотной и фазочастотной характеристикам (АЧХ и ФЧХ). Следует отметить, что к гармоническим сигналам относятся и радиосигналы, модулированные сигналами звуковой частоты, излучаемые радиопередающей антенной и принимаемые радиоприемной антенной. Следовательно, усилители радиочастоты (УРЧ) в радиопередающем и радиоприемном устройствах и усилители промежуточной частоты в радиоприемном устройстве в этом случае тоже будут относиться к гармоническим усилителям. Импульсными сигналами называются сигналы, имеющие форму прямоугольных, трапецеидальных, треугольных и т.п. импульсов различной длительности, как одиночных, так и повторяющихся, как однополярных, так и двуполярных. Принято считать, что типичным примером импульсного сигнала является ступенчатый (единичный) сигнал и одиночные или повторяющиеся прямоугольные импульсы различной длительности. Если импульсы периодически следуют друг за другом, то их характеризуют частотой (периодом) повторения. В этом случае отношение длительности периода повторения к длительности импульса называется скважностью импульса, а обратная величина называется коэффициентом заполнения. К импульсным сигналам относят видеосигналы (состоящие из сигналов изображения, синхронизирующих, гасящих и др. импульсов), сигналы импульсных систем связи, телеграфные и фототелеграфные сигналы, цифровые сигналы т.д. Усилители импульсных сигналов называются импульсными усилителями. Следует отметить, что спектр частот импульсных сигналов в зависимости от диапазона их длительности может быть очень широким. Полоса пропускания частот импульсных усилителей должна соответствовать этой ширине спектра частот, то есть должна быть тоже очень широкой. Для импульсных сигналов смещение во времени отдельных гармонических составляющих спектра частот из-за переходных процессов в цепях усилителя, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы (емкостей, индуктивностей) и инерционных свойств УЭ, приводит к нежелательным искажениям формы импульсов и, как следствие, к ухудшению качества работы устройств и систем, в состав которых входит импульсный усилитель, и, в частности, в телевидении – к искажениям изображения на экране кинескопа, к которым очень восприимчивы наши органы зрения. Оценку свойств импульсных усилителей проводят по переходной характеристике. По протяженности занимаемого спектра и абсолютным значениям частот электрические сигналы подразделяют на два вида. К электрическим сигналам первого вида относят сигналы с широким спектром частот, характеризующимся большим отношением граничных частот спектра fмакс/fмин >>1. Это могут быть и гармонические и импульсные сигналы. К ним относятся сигналы звуковых частот от микрофона, видеосигналы от передающей телевизионной трубки, сигналы фототелеграфного аппарата и т.д. К сигналам второго вида относят узкополосные сигналы, для которых отношение fмакс/fмин £ 1,1. Типичным примером таких сигналов являются модулированные радиочастотные сигналы, составляющие спектра которых сосредоточены около несущей частоты. К сигналам второго вида относятся также некоторые немодулированные сигналы сравнительно низкой частоты, с которыми приходится иметь дело в измерительной технике и т. д. Для усиления сигналов первого вида должны использоваться усилители с большим отношением верхней и нижней граничных рабочих частот полосы пропускания усилителяfв/fн>>1, так как граничные частоты усилителя должны соответствовать граничным частотам спектра сигнала, то есть fв ³ fмакс и fн £ fмин. Такие усилители называют апериодическими, их нагрузка не обладает избирательными (селективными) свойствами. Они получили наибольшее распространение. Среди них выделяют усилители переменного тока и усилители постоянного тока (УПТ). Усилители переменного тока усиливают только переменные составляющие в спектре сигнала, то есть усиливают сигналы в полосе частот от fн > 0 до fв. Усилители же постоянного тока(УПТ) усиливают не только переменные, но постоянную составляющую в спектре сигнала, то есть усиливают сигналы в полосе частот от fн =0 до fв. К апериодическим усилителям переменного тока относятся ранее упомянутые гармонические усилители звуковой частоты с граничными частотами fн £ 20 Гц и fв ³ 20 кГц, гармонические широкополосные усилители с fн порядка единиц герц и fв порядка единиц мегагерц, импульсные усилители, которые, как уже отмечалось выше, также должны иметь широкую полосу пропускания частот, и их относят по этому признаку к широкополосным усилителям, и в частности, видеоусилители, усилители фототелеграфных сигналов, усилители импульсных систем связи, апериодические усилители радиочастоты, усилители распределенного усиления и т.д. К апериодическим усилителям постоянного тока относятся широко распространенные операционные усилители (ОУ), которые в виду присущей им универсальности применения считают основой элементной базы современной электроники. Для усиления сигналов второго вида, характеризующихся отношением fмакс/fмин £ 1,1 используют усилители с отношением верхней и нижней граничных частот полосы пропускания fв/fн £ 1,1. Такие усилители называют избирательными (селективными), их нагрузка обладает избирательными свойствами. Теория и схемотехника таких усилителей базируется на теории и схемотехнике апериодических усилителей. Но они имеют и свои специфичные схемные решения. Усилители также классифицируются по роду используемых в них УЭ. По этому признаку усилители подразделяют на полупроводниковые, иначе говоря транзисторные (на БТ и ПТ), как в дискретном, так и в интегральном исполнении (на ИМС, в том числе на ОУ), ламповые, магнитные, диэлектрические и т.д. Усилители также различают по технологическому исполнению, типу питания, числу каскадов, назначению и т.д. 1.3 Основные технические показатели усилителей Технические показатели усилителей характеризуют свойства усилителей и позволяют оценить их пригодность для того или иного применения. Технические показатели усилителей зависят от схемотехники усилителей и от свойств используемой в них элементной базы. К основным техническим показателям усилителей относятся: - выходные и входные показатели (данные); - коэффициенты усиления и коэффициенты полезного действия; - амплитудная характеристика и взаимосвязанные с ней собственные (внутренние) помехи, нелинейные искажения и динамический диапазон; - линейные искажения – амплитудно- частотные (сокращенно, частотные), фазочастотные (сокращенно, фазовые) и переходные искажения и взаимо-связанные с ними амплитудно – частотная характеристика (сокращенно, частотная характеристика), фазочастотная характеристика (сокращенно, фазовая характеристика) и переходная характеристика; - стабильность показателей; - надежность. 1.3.1 Выходные и входные показатели К выходным показателям относятся требуемые напряжение Uвых, ток Iвых и мощность Рвых (или Pн), развиваемые усилителем на заданном сопротивлении нагрузки Zн при допустимых искажениях сигнала, а также выходное сопротивление усилителя Zвых. Все эти показатели в общем случае комплексные, но их определяют обычно в области средних частот, при которых сопротивление нагрузки и выходное сопротивление усилителя можно считать резистивными, то есть Zн=Rн и Zвых=Rвых, а ЭДС Евыx, напряжение Uвых и ток Iвых – действительными величинами, то есть Евых = Евых, Uвых = Uвых,Iвых=Iвых. В этих условиях при гармоническом сигнале будут справедливы следующие соотношения на выходе усилителя: Здесь Uвых и Iвых – эффективные значения напряжения и тока. В случае использования для расчетов амплитудных значений напряжения и тока   и   эти соотношения будут иметь вид: , 9 (1.2). Выходная мощность Рвых и выходное напряжение Uвых, развиваемые усилителем при гармоническом воздействующем сигнале на заданном резистивном сопротивлении нагрузки Rн при допустимых нелинейных искажениях сигнала, называются номинальными. Следует отметить, что кроме номинальной мощности определяют еще и максимальную мощность Рвых.макс, соответствующую довольно большим нелинейным искажениям, характеризуемым коэффициентом гармоник Кг=10% (о сущности Кг будет сказано дальше). Ко входным показателям усилителей относятся входное напряжение Uвх, входной ток Iвх и входная мощность Рвх, при которых на выходе усилителя (на нагрузке усилителя) получаются заданные Uвых , Iвых, Рвых при допустимых искажениях сигнала, а также входное сопротивление усилителя Zвх, к которому от источника сигнала подводятся Uвх, Iвхи Рвх. Нередко к входным показателям относят ЭДС источника сигнала Еист и внутреннее сопротивление источника сигнала Zист. В общем случае все входные показатели комплексные, но их обычно определяют в условиях, при которых входное сопротивление Zвх и сопротивление источника сигнала можно считать резистивными, а Еист, Uвх и Iвх – действительными, то есть Zвх=Rвх, Zист= Rист, Еист=Еист, Uвх=Uвх и Iвх=Iвх (например, в области средних частот). В этом случае при гармоническом сигнале будут справедливы следующие соотношения для входной цепи: ,,,,(1.3) Здесь: Еист , Uвх, Iвх – эффективные значения ЭДС, напряжения и тока. При использовании амплитудных значений ЭДС, напряжения и тока ; ;  эти соотношения будут иметь вид : , , , (1.4) Следует отметить, что входное напряжение сигнала, при котором на выходе усилителя получаются номинальные значения напряжения и мощности сигнала тоже называется номинальным. Требования ко входному сопротивлению усилителя зависят от назначения усилителя. Обычно оно должно быть большим (Zвх >> Zист), чтобы свести к минимуму влияние сопротивления источника сигнала Zист. Но нередко на входе усилителя требуется обеспечивать согласование, то есть равенство сопротивления источника сигнала и входного сопротивления усилителя Rист = Rвх, что диктуется либо необходимостью получения наибольшего коэффициента передачи мощности сигнала во входной цепи, либо требованиями со стороны источника сигнала, когда он подключается к усилителю с помощью кабельной линии большой протяженности. 1.3.2 Коэффициенты усиления Усилительные свойства усилителей оценивают различными коэффициентами усиления. Особенно широко используются коэффициенты усиления сигнала по напряжению, току и мощности, а также сквозной коэффициент усиления по напряжению. Все они определяются при гармоническом входном сигнале в установившемся режиме усиления. Коэффициент усиления по напряжению К представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе к комплексной амплитуде напряжения сигнала на входе усилителя: , (1.5) где  - модуль коэффициента усиления, а j k - угол сдвига фазы между выходным и входным напряжениями сигнала, возникающий из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и в нагрузке, а также из-за влияния инерционности УЭ. Сквозной коэффициент усиления по напряжению К*=КE представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе усилителя к амплитуде ЭДС источника сигнала: , (1.6) где К* - модуль сквозного коэффициента усиления по напряжению, а j k* – угол сдвига фазы между выходным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала. Сквозной коэффициент усиления по напряжению позволяет оценить усилительные свойства усилителя в целом, с учетом входной цепи, что совершенно необходимо при использовании в усилителе обратной связи. Его можно представить в виде произведения коэффициента усиления по напряжению К и коэффициента передачи напряжения входной цепи усилителя Квх.ц усилителя : , (1.7) где  – комплексный коэффициент передачи напряжения входной цепи усилителя, характеризуемый модулем  и углом сдвига фазы j вх.ц между входным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала. Коэффициент усиления по току КТ представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды тока сигнала на выходе к комплексной амплитуде тока сигнала на входе усилителя: , (1.8) где  - модуль коэффициента усиления по току, а  – угол сдвига фазы между выходным и входным токами усилителя. Как видно, в общем случае К, К* (КЕ), Квх.ц и КТ являются комплексными величинами, зависящими от частоты из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителей и из-за влияния инерционных свойств УЭ. На практике особый интерес представляют эти коэффициенты усиления и коэффициент передачи входной цепи в области средних частот, где влияние реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и инерционных свойств УЭ пренебрежимо мало и углы сдвига фаз равны нулю j к=0, j к*=0, j к.вх.ц=0,  =0, а модули коэффициентов усиления и коэффициента передачи входной цепи не зависят от частоты, являясь действительными величинами: , , , . (1.9) Следует отметить, что на практике проще всего измерять коэффициент усиления по напряжению, он удобен для сравнительной оценки усилительных свойств усилителей на различных УЭ, а для усилителей на ПТ (и ЭЛ), которые управляются напряжением, он является главным показателем. И, наконец, коэффициент усиления по мощности Км представляет собой отношение мощности сигнала Рвых, отдаваемой усилителем в нагрузку, к мощности сигнала Рвх, подводимой ко входу усилителя от источника сигнала: (1.10) Обычно коэффициенты усиления выражаются в относительных значениях (в разах), но нередко их выражают и в логарифмических единицах – децибелах: K(дБ) =20lgK ; K*(дБ) =20lgK* ; KТ(дБ) =20lgKТ ; KМ(дБ) =10lgKМ . (1.11) Для перехода от децибел к относительным значениям пользуются обратными соотношениями: , , , . (1.12) Следует отметить, что коэффициенты усиления по напряжению, по току и по мощности многокаскадного усилителя могут быть выражены через соответствующие коэффициенты усиления отдельных его каскадов. При этом, если их выражают в относительных значениях, то общие соответствующие коэффициенты усиления многокаскадного усилителя находятся как произведения соответствующих коэффициентов усиления отдельных каскадов, а если их выражают в децибелах, то как их сумма: , , , . (1.13). 1.3.3 Коэффициенты полезного действия Как отмечалось в 1.1, усилитель при работе потребляет от собственного источника питания определенную мощность Р0, часть которой преобразуется в мощность усиленного сигнала Рвых, подводимой к нагрузке, а часть безвозвратно теряется в УЭ и пассивных элементах усилителя, вызывая нежелательный нагрев этих элементов. Для оценки степени использования в усилителе потребляемой им мощности Р0 вводят полный (промышленный) коэффициент полезного действия (КПД), который представляет собой отношение номинальной мощности сигнала Рвых = Рн, отдаваемой усилителем в нагрузку, к суммарной мощности Р0, потребляемой всеми цепями усилителя от всех используемых в усилителе источников питания (в общем случае их может быть несколько): . (1.14) Промышленный КПД является важным энергетическим показателем, используемым при оценке экономичности работы усилителей, и особенно мощных усилителей и усилителей, питающихся от химических источников питания (аккумуляторов, батарей), а также усилителей на интегральных микросхемах (ИМС). При повышении промышленного КПД повышается экономичность работы усилителей и облегчается решение проблемы отвода тепла от нагревающихся элементов усилителей. В зависимости от назначения и схемотехники усилителей их промышленный КПД может быть в пределах от 0,2 до 0,7. Кроме полного (промышленного) КПД, в усилителях используются еще и так называемые неполные КПД. Это КПД выходной цепи усилителя и КПД выходной цепи усилительного элемента (УЭ). КПД выходной цепи усилителя представляет собой отношение мощности сигнала Рвых = Рн, отдаваемой в нагрузку усилителя, к мощности Р0вых.ц, потребляемой от источника питания только выходной цепью усилителя: . (1.15) Этот КПД широко используется для оценки и сравнения экономичности работы УЭ при различных режимах их работы, при различных способах их включения и при различных видах УЭ. В заключение следует отметить, что коэффициенты полезного действия обычно выражаются в процентах: h ус % = h ус.100%; h вых.ц.% = h вых.ц..100; h выхуэ % = h вых уэ.100. 1.3.4 Амплитудная характеристика и динамический диапазон Амплитудная характеристика (АХ) представляет собой зависимость амплитудного (или действующего) значения напряжения сигнала на выходе усилителя от амплитудного (или действующего) значения напряжения сигнала на его входе при подаче на вход гармонического колебания неизменной частоты (обычно средней частоты полосы пропускания усилителя fср, которая, например, в УЗЧ принимается равной 1000 Гц). На рис.1.4 показаны идеальная (пунктиром) и реальная (сплошной линией) амплитудные характеристики. Идеальная АХ представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат под углом b , определяемым коэффициентом усиления по напряжению tgb =Uвых.ср.ч./Uвх.ср.ч.= Кср.ч. Реальная АХ отклоняется от идеальной как в области очень малых входных напряжений (вследствие наличия в усилителе собственных помех Uп.вых, действующих на выходе усилителя и при отсутствии сигнала), так и в области слишком больших входных напряжений (вследствие перегрузки УЭ, в основном выходных УЭ, выражающейся в том, что амплитуда сигнала при этом выходит за пределы линейного участка характеристики УЭ, в результате чего нарушается пропорциональность между Uвых и Uвх и возникают нелинейные искажения формы сигнала). Из рис.1.4 видно, что для нормальной работы усилителя на его вход следует подавать сигнал с напряжением не ниже Uвх.мин, при котором минимальное выходное напряжениеUвых.мин должно превышать в несколько раз напряжение собственных помех Uп.вых (обычно достаточно Uвых.мин» 3 Uп.вых), и не выше Uвх.макс, при котором выходное напряжения должно быть соответственно Uвых.макс при едва заметных (точнее говоря, при допустимых) нелинейных искажениях сигнала. Рисунок 1.4 Максимально допустимые напряжения Uвх.макс и Uвых.макс называются номинальными напряжениями, а получающиеся при этом мощности сигнала Рвх.макс и Рвых.макс – номинальными мощностями. Отношение Uвх.макс / Uвх.мин (практически равное Uвых.макс / Uвых.мин) называется динамическим диапазоном усилителя: . (1.17) Динамический диапазон усилителя часто выражают в децибелах: . (1.18) Следует отметить, что иногда динамический диапазон усилителя в децибелах вычисляют через отношение мощностей: . Амплитудное (или действующее) значение ЭДС источника сигнала обычно изменяется от наименьшего значения Em.ист.мин (или Eист.мин) до наибольшего значения Em.ист.макс(или Eист.макс). Отношение Em.ист.макс/Em.ист.мин = Eист.макс/Eист.мин называется динамическим диапазоном сигнала: , ДС (дБ) = 20lg ДС; Дс = . (1.19) Динамический диапазон сигнала зависит от типа источника сигнала. Так, например, динамический диапазон высококачественного студийного микрофона при передаче музыки симфонического оркестра составляет 70 дБ. Чтобы усиливать сигнал с допустимыми нелинейными искажениями и допустимым отношением Uвых.мин / Uп.вых = Uвх.мин / Uп.вх, необходимо выполнять условие: Ду ³ Дс. (1.20) Для выполнения условия (1.20) приходится применять меры по увеличению Ду путем уменьшения уровня собственных помех усилителя (для чего в усилителе применяют малошумящие входные УЭ) и путем использования выходных УЭ с более линейными вольтамперными характеристиками, а также более мощные УЭ с недоиспользованием их по мощности. Если этих мер недостаточно, то сжимают динамический диапазон сигнала путем регулирования коэффициента усиления автоматически (АРУ) или вручную. При этом, конечно, качество звуковоспроизведения несколько ухудшается, но не в такой степени, как при перегрузке усилителя или при заглушении слабых сигналов помехами. Следует отметить, что нередко АХ представляют в виде зависимости Uвых от входной ЭДС сигнала Еист (на рис 1.2 Еист указано в скобках). Такая АХ называется сквозной, ее угол наклона b ¢ характеризует сквозной коэффициент усиления по напряжению К*, который будет меньше К. Сквозная АХ учитывает свойства не только выходной, но и входной цепи усилителя и, в частности, полнее учитывает нелинейные свойства усилителя. Нелинейные искажения сигнала в усилителе могут быть количественно оценены с помощью так называемой сквозной динамической характеристики усилителя, которая представляет собой зависимость мгновенных значений выходного напряжения от мгновенных значений входной ЭДС сигнала uвых = f (еист) (рис.1.5, а). Рисунок 1.5 Она строится и для положительных и для отрицательных мгновенных значений входной ЭДС и выходного напряжения сигнала и проходит через начало координат. Эту характеристику, по существу, можно считать сквозной амплитудной характеристикой усилителя, отдавая при этом отчет, что она построена для мгновенных значений входной ЭДС и выходного напряжения сигнала. Ее такой и считают в УПТ, которые кроме переменных составляющих усиливают и постоянную составляющую сигнала, как положительную, так и отрицательную. В УПТ и в ОУ, которые являются типичными УПТ, эта характеристика является основной. Поскольку входное сопротивление ОУ (или УПТ на полевых транзисторах) обычно на несколько порядков (на два и более) превышает внутреннее сопротивление источника сигнала, то в них вместо сквозной динамической характеристики можно использовать динамическую характеристику прямой передачи (проходную динамическую характеристику) uвых = f(uвх), в которой вместо входной ЭДС используют входное напряжение. Забегая вперед, можно отметить, что поскольку входные каскады ОУ (и УПТ) обычно выполняются по балансным схемам в виде дифференциальных каскадов, то реальная динамическая характеристика прямой передачи далеко не всегда проходит через начало координат: на практике она чаще всего смещена вправо или влево от начала координат (рис 1.5.,б) пунктирные линии). В связи с этим для балансировки ОУ приходится подавать ЭДС смещения Есм1 или Есм2 (рис.1.5,б), чтобы динамическая характеристика прямой передачи проходила через начало координат (а это является непременным условием нормальной работы ОУ). 1.3.5 Собственные помехи усилителей Как отмечалось при рассмотрении АХ, на выходе усилителя наряду с напряжением сигнала действует и некоторое небольшое напряжение собственных помех Uп.выхусилителя, величину которого можно определить при отсутствии полезного сигнала на входе усилителя. Причинами появления этого напряжения являются наводки, фон, шумы микрофонного эффекта, тепловые шумы, шумы УЭ и дрейф. Наводками называют переменные напряжения на выходе усилителя, возникающие из-за паразитных электрических, магнитных, гальванических и других связей усилителя с посторонними электрическими устройствами – соседними усилителями, генераторами, силовыми трансформаторами, электродвигателями и т.д. Напряжение наводок всегда можно уменьшить до допустимого минимума удалением усилителя от источников наводок, экранированием усилителя и его цепей, использованием балансных и двухтактных схем, включением в цепи питания развязывающих фильтров, использованием отрицательной обратной связи (ООС). Фоном называют переменное напряжение в выходной цепи усилителя с частотами, кратными частоте сети переменного тока, от которой питается усилитель. Он появляется в результате питания усилителя от выпрямителя с недостаточно сглаженными пульсациями выпрямленного сетевого напряжения, а также вследствие наведения напряжения фона в цепях усилителя электростатическими и магнитными полями сетевых проводов, трансформаторов выпрямителей, а в ламповых усилителях еще и вследствие питания цепей накала ламп переменным током. Для уменьшения напряжения фона улучшают сглаживание пульсаций выпрямленного питающего напряжения повышением качества фильтров выпрямителя, применением стабилизаторов выпрямленного напряжения и использованием дополнительных сглаживающих и развязывающих фильтров (Rф Cф - цепочек) в цепях питания усилителя, экранируют цепи усилителя, используют балансные и двухтактные схемы усилительных каскадов, применяют ООС, а в ламповых усилителях используют специальные лампы и схемы при питании цепей накала ламп переменным током или питают цепи накала постоянным током. Напряжение фона всегда можно уменьшить до требуемого минимального значения На выходе усилителя оно должно быть по крайней мере на 60...65 дБ ниже номинального напряжения полезного сигнала. Шумами микрофонного эффекта называют переменные напряжения, которые могут возникнуть на выходе усилителя в результате воздействия на него механических вибраций, толчков и т.п. Эти шумы могут возникать только в ламповых усилителях и в усилителях со входными трансформаторами с сердечниками из некоторых магнитных материалов, например, из пермаллоя. Именно электронные лампы (ЭЛ) и такие трансформаторы могут обладать микрофонным эффектом, то есть преобразовывать механические воздействия на них в переменные напряжения. Дело в том, что при механических воздействиях на ЭЛ с недостаточно жесткой конструкцией электродов расстояние между электродами может произвольно изменятся, что приведет к изменению токов лампы и к появлению на ее выходе колебаний произвольной сложной формы. При воздействии на входной трансформатор с сердечником, обладающим магнитострикционным эффектом, эти воздействия преобразуются в ЭДС произвольной формы. Для уменьшения микрофонных шумов в таких усилителях используют ЭЛ с более жесткой конструкцией электродов и (особенно в первом каскаде), а также амортизируют ЭЛ и те входные трансформаторы, которые обладают микрофонным эффектом. Тепловыми шумами называют флуктуационную (хаотически отклоняющуюся от среднестатического значения) непериодическую помеху, возникающую вследствие теплового хаотического движения свободных электронов в пассивных элементах, цепях и проводниках усилителя. Тепловые шумы пассивной цепи усилителя с полным сопротивлением Z=R+ jX принято представлять в виде независимого источника шумовой (тепловой) ЭДС с действующим значением Еш.т в Вольтах, определяемым из среднеквадратического значения  (или в виде независимого источника шумового тока с действующим значением в Амперах , получаемым из выражения , с проводимостью Y=G+jB), где [Дж/К] – постоянная Больцмана, Т– абсолютная температура цепи в градусах по Кельвину (К), R–резисторная составляющая сопротивления цепи в Омах в полосе частот D f в Герцах. Энергетический частотный спектр тепловых шумов, характеризуемый зависимостью спектральной плотности  от частоты, равномерный и непрерывный в полосе частот от fмин=0 до fмакс=¥ (практически до fмакс» 1012Гц). Из выражения  для нормальной температуры T0=293° К (20° С) получается следующее выражение для действующего значения шумовой (тепловой) ЭДС пассивной цепи , (1.21) которое удобно для практических расчетов. Шумовые (тепловые) ЭДС возникают во всех пассивных цепях усилителя, но практическое значение имеет в основном лишь тепловой шум входной цепи усилителя, ибо он усиливается всеми каскадами (наибольшим числом каскадов) и поэтому имеет на выходе усилителя наибольшее значение. ЭДС тепловых шумов входной цепи усилителя можно определить по выражению (3.24), подставляя в него рабочую полосу частот усилителя D f=fв-fн и сопротивление источника сигнала Rист на средних рабочих частотах с учетом шунтирования его сопротивлениями, которые обычно включаются с той или иной целью на входе первого (входного) УЭ усилителя (например, сопротивлением делителя смещения Rд при БТ, сопротивлением Rз в цепи затвора ПТ, сопротивлением Rсет в цепи управляющей сетки ЭЛ и т.д.). .(1.22) Для уменьшения тепловых шумов входной цепи усилителя нужно уменьшать сопротивление этой цепи и прежде всего сопротивление источника сигнала, охлаждать его и сужать полосу пропускаемых частот. Но практических возможностей для этого недостаточно: существенное понижение температуры входной цепи технически сложно и дорого и приемлемо только в специальных случаях (например, в системах космической связи), полоса рабочих частот определяется назначением усилителя и не может быть произвольно уменьшена, сопротивление источника сигнала обычно определяется назначением того устройства, в состав которого усилитель входит, уменьшение сопротивления источника сигнала приводит к уменьшению его ЭДС, что может ухудшить отношение сигнал / помеха на входе усилителя. Из сказанного ясно, что, в отличие от наводок, фона и шумов микрофонного эффекта, уменьшить тепловые шумы до любой величины нельзя. Следует отметить, что в используемых в усилительных и других электронных устройствах непроволочных резисторах, кроме тепловых шумов, могут возникать при прохождении через них тока еще и так называемые шумы флуктуаций проводимости с почти равномерным спектром, вследствие зернистости структуры проводящего слоя (в проволочных резисторах таких шумов нет). При токе, соответствующем допустимой мощности резистора, ЭДС этих шумов может превышать ЭДС тепловых шумов резистора на два-три порядка. При отсутствии тока через непроволочный резистор шумов флюктуаций проводимости в резисторе нет и в нем будут только тепловые шумы. Поэтому для снижения шумов флюктуаций проводимости непроволочных резисторов до допустимого значения подбирают малошумящие типы и экземпляры резисторов и уменьшают силу тока в них. Шумы усилительных элементов (УЭ) имеют ряд составляющих: дробовые шумы; шумы, вызываемые флуктуациями токораспределения между электродами УЭ; шумы, обусловленные эффектом мерцания эмиттирующих электродов, тепловые шумы (свойственные БТ и практически отсутствующие у УЭ с высоким входным сопротивлением, то есть у ПТ и ЭЛ). В связи с этим спектральная плотность шумов УЭ имеет более сложную зависимость от частоты, чем спектральная плотность тепловых шумов резисторов. Являясь постоянной в широкой полосе частот, совпадающей с рабочими полосами частот многих транзисторных и ламповых усилителей, она возрастает на сравнительно низких и сравнительно высоких частотах. Шумы УЭ, как и тепловые шумы пассивных элементов (резисторов), нельзя уменьшить до любой величины, их можно уменьшить лишь до определенного предела выбором типов УЭ и режимами их работы. Для оценки шумовых свойств транзистора применяется коэффициент шума транзистора Кш, который обычно выражается в децибелах Кш(дб)=10.lgКш и приводится в справочниках по транзисторам. Он показывает на сколько децибел включенный в цепь усиливаемого сигнала транзистор увеличивает мощность тепловых шумов этой цепи. Коэффициент шума транзистора зависит от его типа и режима работы. У хороших БТ с правильным режимом работы он не превышает 1,5…2 дБ, у хороших ПТ он еще меньше. Шумовые свойства ЭЛ оценивают эквивалентным шумовым сопротивлением Rш.л, создающим на ее входе эквивалентную шумовую ЭДС, численно равную фактическим шумам ЭЛ, приведенным к ее входу. Шумовое сопротивление зависит от типа электронной лампы, у ламповых триодов оно меньше, чем у экранированных ламп. В многокаскадных усилителях “шумят” все УЭ, но на величину собственных помех на выходе усилителя заметно влияют лишь шумы первого (входного) УЭ, ибо они усиливаются всеми последующими каскадами усилителя. Поэтому в многокаскадных усилителях с большим коэффициентом усиления в качестве первого (входного) УЭ выбирают малошумящие УЭ (БТ, ПТ и ЭЛ). Дрейфом называют изменение выходного напряжения усилителя при строго неизменном (например, равном нулю) напряжении на его входе, вызванное изменениями температуры всех элементов и особенно УЭ усилителя, колебаниями напряжения источников питания и старением УЭ. Все эти причины приводят к изменению исходного режима работы УЭ и, как следствие этого, к возникновению дрейфа. Таким образом, дрейф это специфическая внутренняя помеха усилителя с малыми частотами, приближающимися к нулю. Дрейф выходного напряжения оценивают приведенным ко входу эквивалентным напряжением, создающим такое изменение напряжения (или тока) на выходе усилителя, какое вызывается фактической помехой. Дрейф особенно проявляется в УПТ с гальванической связью между каскадами, поскольку дрейф предыдущих каскадов усиливается всеми последующими каскадами. В этом смысле особенно заметен дрейф первого ( входного) каскада. Для его уменьшения каскады усиления постоянного тока и особенно входной каскад выполняют по дифференциальной схеме, которая позволяет уменьшить уровень дрейфа в сотни и тысячи раз. Очень эффективным средством уменьшения дрейфа в многокаскадных усилителях является отрицательная обратная связь (ООС). В заключение рассмотрения вопроса о внутренних помехах усилителей следует особо отметить, что в правильно сконструированном многокаскадном усилителе напряжение собственных помех на выходе усилителя Uп.вых (см.рис.3.2. в разделе об АХ) определяется в основном тепловыми шумами входной цепи и шумами первого (входного) УЭ усилителя. В связи с этим шумовые свойства многокаскадного усилителя оценивают по величине действующего значения приведенной ко входу усилителя шумовой ЭДС: , (1.23) где Еш.т.ист – действующее значение шумовой (тепловой) ЭДС источника сигнала во входной цепи усилителя (3.25); Еш.УЭ1 – приведенное ко входу действующее значение ЭДС шумов первого УЭ. Как видно из (1.23), суммирование ЭДС теплового шума источника сигнала Еш.т.ист и приведенной ко входу ЭДС шумов первого УЭ производится по квадратичному закону. Это обусловлено тем, что тепловые шумы источника сигнала и приведенные ко входу шумы первого УЭ статистически независимы и их суммирование ведется по мощностям. Именно ЭДС Еш.вх.ц, усиливаясь всеми каскадами усилителя и определяет в основном напряжение собственных помех на выходе усилителя Uп.вых=Еш.вх.цК*, и, следовательно, допустимые минимальные значения напряжений сигнала на выходе Uвых.мин и входе Uвх.мин усилителя и допустимое минимальное значение ЭДС источника сигнала Еист.мин. В транзисторных усилителях, в том числе в интегральном исполнении, зная ЭДС тепловых шумов источника сигнала Еш.т.ист (1.22) и коэффициент шума первого транзистораКш.УЭ1, можно сразу , без вычисления приведенной ко входу ЭДС шумов этого транзистора Еш.УЭ1 , найти результирующую шумовую ЭДС на входе усилителя Еш.вх.ц по выражению: , (1.24) Это выражение вытекает из определения коэффициента шума транзистора, приведенного выше при рассмотрении шумов УЭ. Для лучшего понимания выражения (1.24) можно привести еще два известных определения коэффициента шума транзистора: 1. Коэффициент шума транзистора показывает, во сколько раз мощность шумов на выходе реального транзистора превышает мощность шумов на выходе такого же, с такими же параметрами, но не шумящего (идеального) транзистора: , (1.25) 2. Коэффициент шума транзистора Кш показывает, во сколько раз ухудшается отношение мощности сигнала к мощности шума в выходной цепи транзистора по сравнению с тем же отношением у ненагруженного источника сигнала: , (1.26) где  и  – соответственно квадраты действующих значений ЭДС сигнала и шума источника сигнала (или, что-то же самое, квадраты действующих значений напряжений сигнала и шума на зажимах ненагруженного источника сигнала), а  и  – квадраты действующих значений напряжений сигнала и шума в выходной цепи транзистора. Очевидно, что коэффициент шума всегда больше единицы. 1.3.6 Нелинейные искажения усилителей Нелинейные искажения это отклонения формы сигнала на выходе усилителя от формы сигнала на его входе, вызванные влиянием нелинейности характеристик УЭ (БТ, ПТ, ЭЛ и т.д.), а также влиянием нелинейности характеристик намагничивания сердечников трансформаторов, если последние применяются в усилителях. Они возникают из-за того, что амплитуда сигнала выходит за пределы линейных участков этих характеристик. Нелинейные искажения зависят от уровня сигнала. Как отмечалось в разделе 1.3.4, посвященном рассмотрению АХ Uвых=f(Uвх), сквозной АХ Uвых=f(Еист) и сквозной динамической характеристики uвых (или iвых)=f(eист) усилителя при больших сигналах на входе и выходе усилителя, превышающих номинальные значения Еист.ном., Uвх.ном.,Uвых.ном, наступает перегрузка усилителя, приводящая к резкому увеличению нелинейных искажений и, как следствие, к нарушению пропорциональности между Uвых иUвх (или Еист) в АХ и между uвых(или iвых) и eист в сквозной динамической характеристике усилителя. Отличительной особенностью нелинейных искажений является появление в спектре искаженного выходного сигнала новых гармонических составляющих, которых не было в спектре входного сигнала, и, прежде всего, высших гармоник входного сигнала, представляющих собой гармонические составляющие с частотами, кратными частоте входного сигнала. Так, при воздействии на вход усилителя гармонической ЭДС, изменяющейся по синусоидальному закону eист= Еm.ист. sinw 1t (где w 1=2p f1), выходной сигнал при нелинейных искажениях будет отличаться по форме от синусоидального и, следовательно, в нем кроме гармонической составляющей с частотой входного сигнала w 1=2p f1 будут содержаться и гармонические составляющие с частотами, кратными частоте входного сигнала 2w 1, 3w 1, 4w 1 и т.д. (или 2f1, 3f1, 4f1 и т.д.), то есть высшие гармоники, которые, как и составляющая основной частоты (первая гармоника), выявляются путем разложения в ряд Фурье искаженного выходного сигнала. В связи с этим за меру, характеризующую влияние нелинейности гармонических усилителей, принимают коэффициент гармоник КГ, который представляет собой отношение амплитудных значений напряжения (или тока) всех появившихся в выходном сигнале высших гармоник к амплитудному значению напряжения (или тока) гармонической составляющей основной частоты (первой гармоники, отображающей сам сигнал) при воздействии на вход усилителя синусоидальной ЭДС (и частотно- независимом сопротивлении нагрузки усилителя): , (1.27) На практике иногда возникает необходимость в оценке нелинейности по отдельным гармоникам: ,,,…(1.28). Тогда полный коэффициент гармоник будет определяться выражением: , (1.28). Обычно коэффициент гармоник выражается в процентах: КГ%=КГ.100. Коэффициент гармоник широко используется для оценки нелинейности усилителей гармонических сигналов, в том числе усилителей звуковых частот, предназначенных для усиления сигналов речи и музыки. Поскольку нелинейные искажения сигналов ухудшают качество воспроизведения содержащейся в них информации и, в частности, качество речи и музыки, то вносимые усилителями нелинейные искажения всегда нормируются. Допустимая величина коэффициента гармоник зависит от назначения усилителей. В высококачественных усилителях сигналов речи и музыки обычно , в усилителях вещательных трактов первого класса  на средних частотах и  на нижних частотах (с учетом искажений, вносимых выходным трансформатором усилителя), в звуковых усилителях среднего качества , в измерительных усилителях  составляет десятые и сотые доли процента. Для сравнения можно отметить, что нелинейные искажения сигналов речи и музыки на слух не воспринимаются, если коэффициент гармоник КГ не превышает примерно (0,2…0,5)%. При усилении импульсных сигналов нелинейность усилителя проявляется иначе, чем при усилении гармонических сигналов. Так, при усилении прямоугольных импульсов с одинаковым размахом (модулированные по длительности импульсы) нелинейность усилителя не играет роли. При усилении же прямоугольных импульсов с различным размахом (как это имеет место в телевидении) нелинейность усилителя приводит к изменению соотношения уровней импульсов на выходе усилителя и, как следствие, к изменению относительной плотности (градации) полутонов изображения на экране кинескопа. При усилении же трапецеидальных, треугольных и др. импульсов с наклонными фронтами нелинейность усилителя приводит к искривлению наклонных фронтов усиленных импульсов. В связи с этим нелинейность импульсных усилителей оценивают не коэффициентом гармоник, который не учитывает специфику импульсных сигналов, а коэффициентом нелинейности Кнл, представляющим собой относительное изменение крутизны (производной) зависимости мгновенных значений выходного тока iвых от мгновенных значений ЭДС сигнала во входной цепи усилителя еист, то есть сквозной динамической характеристики усилителя iвых=f(еист), в пределах изменения сигнала (еист.макс - еист.мин), как это показано на рис.1.6. Рисунок 1.6 Выражение для коэффициента нелинейности имеет вид: , (1.29) где  и  – наибольшее и наименьшее значение крутизны (производной ) сквозной динамической характеристики усилителя в пределах используемого участка этой характеристики. 1.3.7 Линейные искажения и связанные с ними амплитудно-частотные, фазочастотные и переходные характеристики Линейные искажения это отклонения формы сложного гармонического сигнала или импульсного сигнала на выходе усилителя от формы сигнала на его входе, вызванные влиянием реактивных элементов усилителя (емкостей, индуктивностей), а также влиянием инерционных свойств УЭ усилителя. Линейные искажения, в отличие от нелинейных искажений, не сопровождаются появлением в спектре сигнала новых гармонических составляющих. Методы оценки этих искажений в гармонических и импульсных усилителях различаются. В гармонических усилителях для оценки линейных искажений применяют метод частотных характеристик, при котором рассматриваются зависимости от частоты комплексных сопротивлений и показателей усилителя. В импульсных усилителях для оценки линейных искажений применяют метод переходных характеристик, при котором рассматриваются в зависимости от времени переходные процессы установления токов и напряжений в цепях усилителя, содержащих реактивные элементы (например, процессы заряда – разряда емкостей и т.д.). В гармонических усилителях линейные искажения называются амплитудно-частотными (сокращенно, частотными) и фазочастотными (фазовыми). Их суть можно наглядно пояснить с помощью приведенных в разделе 1.3.2 комплексных выражений для коэффициента усиления по напряжению (1.5) и для сквозного коэффициента усиления по напряжению (1.6). Эти коэффициенты усиления характеризуются модулями и аргументами, зависящими от частоты сигнала из-за влияния реактивных составляющих в цепях усилителя, в его нагрузке и входной цепи, а также из-за влияния инерционных свойств УЭ. Именно зависимость от частоты модулей и аргументов этих коэффициентов усиления и приводит к линейным искажениям. Искажения формы сложного гармонического сигнала, вызванные изменениями соотношений амплитуд спектральных составляющих сигнала на выходе усилителя по сравнению со спектром сигнала на его входе вследствие неодинакового значения модулей коэффициентов усиления отдельных гармонических составляющих сигнала, называются амплитудно-частотными (частотными) искажениями. Искажения же формы сложного гармонического сигнала, вызванные неодинаковыми сдвигами во времени отдельных его гармонических составляющих из-за вносимых усилителем фазовых сдвигов в процессе усиления, называются фазочастотными (фазовыми) искажениями. Частотные искажения самого усилителя оцениваются по амплитудно-частотной характеристике усилителя (АЧХ), представляющей собой график зависимости модуля коэффициента усиления по напряжению К от частоты при заданном и неизменном входном напряжении сигнала Uвх, которое, во избежание нелинейных искажений, не должно превышать номинального значения Uвх.ном (обычно берут Uвх<0,5Uвх.ном, что соответствует примерно середине линейного участка амплитудной характеристики усилителя). На рис. 1.5 штрих-пунктирной линией, параллельной оси абсцисс, показана идеальная АЧХ, а сплошной линией – наиболее типичная для усилителей гармонических сигналов реальная АЧХ. Для удобства анализа реальная АЧХ разбивается на три области частот: средних, нижних и верхних (см. рис. 1.5). В области средних рабочих частот реальная АЧХ совпадает с идеальной, так как коэффициент усиления по напряжению в области средних частот  практически не зависит от частоты вследствие пренебрежимо малого влияния реактивных элементов и инерционных свойств УЭ усилителя. Рисунок 1.7 В областях нижних и верхних рабочих частот реальная АЧХ отклоняется от идеальной, так как здесь  уменьшается относительно коэффициента усиления на средних частотах  из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и в нагрузке, а также из-за влияния инерционных свойств УЭ (забегая вперед, можно отметить, что завал АЧХ в области нижних частот вызывается влиянием конденсаторов и трансформаторов связи, если они используются в усилителях, а в области верхних частот – влиянием инерционных свойств УЭ и реактивных составляющих нагрузки). Частоты fн и fв, на которых К уменьшается до допустимого (заданного) значения относительно Кср.ч, называются соответственно нижней граничной и верхней граничной частотами. Средняя частота усилителя определяется по выражению . Для усилителей звуковых частот (УЗЧ) и широкополосных усилителей средняя частота принимается равной 1кГц, а для УПТ - равной нулю. Область частот от нижней граничной частоты fн до верхней граничной частоты fв, в пределах которой изменения коэффициента усиления не превышают допустимых значений, называется диапазоном рабочих частот или полосой пропускания частот усилителя D f. Одним из важных показателей усилителя, связанного с его полосой пропускания частот, является так называемая площадь усиления, равная произведению коэффициента усиления на средних частотах Кср.ч и полосы пропускания D f усилителя. Поскольку в УЗЧ, в УПТ и в широкополосных усилителях всегда выполняется условие D f » fв, так как fв>> fн, то площадь усиления таких усилителей будет определятся выражением: П = Кср.ч× fв. (1.30) Рисунок 1.8 При построении АЧХ коэффициент усиления К откладывается в относительных значениях в линейном масштабе или в относительных значениях в логарифмическом масштабеlgK, но может откладываться и в децибелах К(дБ)=20lgK, а частота f в герцах (или угловая частота w = 2p f) – всегда в логарифмическом масштабе lgf, что обусловлено широким диапазоном современных усилителей. В связи с тем, что вносимые усилителем частотные искажения определяются неравномерностью его АЧХ в диапазоне рабочих частот, за меру частотных искажений принимают модуль относительного коэффициента усиления Y, представляющего собой отношение модуля коэффициента усиления на рассматриваемой частоте к коэффициенту усиления на средней частоте Кср.ч: (1.31) АЧХ усилителя часто строят именно в виде зависимости Y от частоты (рис. 1.8). Такие АЧХ усилителя называются нормированными. Нормированные АЧХ очень удобны для оценки изменения АЧХ усилителя при изменениях К в зависимости от изменений параметров усилителя или для сравнения АЧХ усилителей с различными значениями Кср.ч.. Для оценки частотных искажений усилителя наряду с относительным коэффициентом усиления Y применяют также коэффициент частотных искажений: , (1.32) В лабораторных условиях иногда, в целях ускоренной обработки результатов эксперимента, АЧХ усилителя строят в виде графика зависимости выходного напряжения Uвых от частоты при заданном и неизменном входном напряжении Uвх ≤ 0.5 Uвх ном (рис 1.9). Рисунок 1.9 Эта АЧХ также может быть легко приведена к нормированному виду, приведенному ранее на рис. 3.6, учитывая, что: , (1.33) , (1.34) Y и M часто выражают в децибелах: Y(дБ)=20lgY; M(дБ)=20lgM. (1.35) Очевидно, что Y(дБ)=20lgY= –20lgM= –M дБ. Для перевода Y(дБ и М(дБ) из децибел в относительные значения пользуются соотношениями: , . (1.36) На частотах, где Y=M=1 (или в децибелах Y(дБ) = M(дБ) = 0), частотных искажений нет. Чем больше Y или M в относительных значениях отличаются от единицы (или чем больше Y(дБ) и М(дБ) отличаются от нуля), тем больше вносимые усилителем частотные искажения. Очевидно, что при идеальной АЧХ усилителя частотные искажения отсутствуют. В случае оценки частотных искажений всего (сквозного) усилительного тракта, то есть усилителя вместе с его входной цепью, во всех рассуждениях вместо модуля входного напряжения Uвх и коэффициента усиления по напряжению К усилителя будут фигурировать модули ЭДС источника сигнала Еист и сквозного коэффициента усиления К*. В этом случае на рис. 1.7 вместо  будет , на рис. 1.8 вместо  будет  (и соответственно ), а на рис. 1.9 вместо Uвх≤ 0.5 Uвх ном будет Еист< 0,5Eист.ном, то есть везде будут фигурировать сквозные АЧХ и сквозные показатели К*, Y*, М* . Очевидно, что эти сквозные АЧХ и сквозные показатели можно найти и иначе: в дополнение к ранее найденным АЧХ усилителя и его показателям К, Y, М, найти АЧХ и показатели входной цепи Квх.ц., Yвх.ц, Мвх.ц, а потом перемножить одноименные показатели для усилителя и для входной цепи (у АЧХ при этом перемножаются ординаты для одинаковых частот), то есть К* = Квх.ц × К, Y*=Yвх.ц.Y и М = Мвх.ц × М (в этих выражениях все величины должны быть в относительных значениях). Сквозные АЧХ и показатели К*, Y* и М* характеризуют усилитель с учетом свойств его входной цепи, то есть сквозной тракт усиления. Забегая вперед, можно отметить некоторые особенности построения АЧХ операционных усилителей (рис. 1.10), являющихся типичными УПТ. Ее обычно идеализируют, представляя в виде двух пересекающихся прямых, одна из которых проходит параллельно оси частот от  до граничной частоты  на уровне коэффициента усиления ОУ, а другая – наклонно от  до частоты единичного усиления . Рисунок. 1.10 Значения КОУ (или К*ОУ), по оси ординат откладывают чаще всего в децибелах КОУ(или К*ОУ)=20lgКОУ (или К*ОУ), а значения частоты в герцах в логарифмическом масштабе по оси абсцисс откладывают через октаву, равную разности 2f - f, или через декаду, равную разности 10f - f, по логарифмической шкале (на рис. 1.10 значения частоты отложены через декаду в логарифмическом масштабе). Граничная частота fгр определяется как  или , в зависимости от того, какой коэффициент усиления откладывается по оси ординат. Крутизну спада идеализированной АЧХ характеризуют значениями  в  или в . Наибольшая погрешность от идеализации будет на граничной частоте (см. рис.1.10), но она обычно не превышает примерно 3 дБ. Диапазон рабочих частот (полоса пропускания) и допустимые частотные искажения усилителя определяются спектральным составом усиливаемых сигналов, то есть назначением усилителя. Фазочастотные (фазовые) искажения усилителя оцениваются по его фазочастотной (фазовой) характеристике (ФЧХ), представляющей собой зависимость угла сдвига фазы jК между выходным и входным напряжениями от частоты сигнала. Идеальными фазовыми характеристиками, при которых фазовых искажений нет, являются прямые, проходящие через начало координат (рис.3.10) Рисунок 1.11 Уравнение идеальной фазовой характеристики имеет вид: j К = -tзапw = -tзап2p f , (1.37) где tзап – время запаздывания гармонических составляющих сигнала, которое будет тем меньше, чем меньше наклон фазовой характеристики. При поступлении на вход усилителя с такой фазовой характеристикой гармонического сигнала с любой частотой w uвх=Um.вх sinw t (1.38) на выходе усилителя сигнал будет иметь вид uвых=K Um.вх sin(w t + j К) = K Um.вх sinw (t-tзап). (1.39) Это означает, что при идеальной фазовой характеристике гармонические составляющие сложного гармонического сигнала независимо от их частоты будут запаздывать на одно и тоже время и, следовательно, форма сложного гармонического сигнала на выходе усилителя не будет отличатся от формы сигнала на его входе, то есть фазовых искажений не будет. Просто сложный гармонический сигнал на выходе усилителя будет запаздывать по времени относительно входного сигнала. Это запаздывание в большинстве случаев не сказывается на работе тех устройств, в состав которых усилитель входит (если же оно будет нежелательным, то принимают меры по его уменьшению). Реальные фазовые характеристики обычно отличаются от идеальных. Типичная реальная фазовая характеристика (с логарифмическим масштабом по частоте), измеренная экспериментально, имеет вид, показанный на рис.1.12. Как видно, в области средних частот фазовых сдвигов нет, что объясняется пренебрежимо малым влиянием реактивных составляющих усилителя и инерционности УЭ. В областях же верхних и нижних частот появляются фазовые сдвиги, вследствие заметного влияния реактивных элементов усилителя и инерционных свойств УЭ. Отклонения реальной фазовой характеристики от идеальной и приводят к фазовым искажениям сложного гармонического сигнала, так как при этом время запаздывания отдельных его гармонических составляющих будет различным. Рисунок 1.12 При построении фазовых характеристик в линейном масштабе по оси частот возникают трудности с выбором масштаба, который был бы удобен и для области верхних и для области нижних частот. В этом случае реальную фазовую характеристику строят отдельно для области верхних частот (от fср.ч. до fв, как показано на рис. 1.13а) и для области нижних частот (от fн=0 до fср. ч., как показано на рис. 1.13б), каждую со своим удобным масштабом. Рисунок 1.13 Как видно, в области верхних частот фазовые искажения Фв меньше вносимого усилителем на верхней граничной частоте fв угла сдвига фазы j Кв, а в области же нижних частот, где касательная к реальной фазовой характеристике совпадает с осью частот, фазовые искажения Фн численно совпадают с вносимым усилителем на нижней граничной частоте угла сдвига фазы j Кн. Фазовые искажения усилителей звуковой частоты не нормируются, так как органы слуха не реагируют на них, не смотря на то, что форма сложного гармонического сигнала из-за фазовых искажений изменяется. Что касается усилителей для осциллографов и видеоусилителей, то в них фазовые искажения жестко нормируются, ибо отражаются на форме и качестве изображения. Надо отметить, что на практике, в отличие от частотных характеристик, фазовыми характеристиками пользуются сравнительно редко, так как вследствие жесткой связи между частотными и фазовыми характеристиками обычно удается обеспечить допустимые фазовые искажения, задав частотную характеристику соответствующего вида. Фазовые характеристики используются в основном в усилителях с обратной связью для определения устойчивости их работы, а также в усилителях фазометрической аппаратуры. В усилителях постоянного тока в области нижних частот отсутствуют как частотные, так и фазовые искажения, то есть на нижних частотах нет фазовых сдвигов между Uвых и Uвх (или Еист). В области же верхних частот все в принципе обстоит так же, как и в усилителях переменного тока. ФЧХ ОУ начинается от fн=0 и имеет вид (рис. 3.13). Рисунок 1.14 Кроме рассмотренных АХЧ и ФХЧ усилителя гармонических сигналов часто применяются амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) (или годограф коэффициента усиления усилителя). Амплитудно-фазовой частотной характеристикой называют траекторию, которую описывает конец вектора комплексного коэффициента усиления на комплексной плоскости при изменении частоты от 0 до ¥ . Годограф строится на основе комплексного выражения для коэффициента усиления по напряжению или сквозного коэффициента усиления откладывая векторы K (или K*) под углами j К (или j К*) на различных частотах, как показано на рис. 1.15. Таким образом, комплексные коэффициенты передачи можно представить в виде K=Kejj К=K(cosj К+jsinj К)= ReK(w ) + jImK(w ); Рисунок 1.15 Частотно-фазовая характеристика показывает изменения с частотой как модуля коэффициента усиления К (или К*), так и его аргумента j К (или j К*). Она удобна для оценки устойчивости работы усилителей с отрицательной обратной связью. В импульсных усилителях линейные искажения усиливаемых импульсов называют переходными искажениями, так как они обусловлены переходными процессами установления токов и напряжений в цепях усилителя, возникающих из-за инерционности УЭ и из-за реактивных составляющих сопротивлений усилителя. Их оценивают по переходной характеристике (ПХ) усилителя, представляющей собой зависимость от времени мгновенного значения напряжения (или тока) сигнала на выходе усилителя uвых (t) при воздействии на его вход единичного мгновенного скачка напряжения (или тока), описываемого известной единичной функцией uвх(t)=1(t) при t>0 (и uвх(t)=0 при t<0). В реальном усилителе различают три временных интервала, на которых характер ПХ, причины возникновения переходных искажений и их оценка различны: - область малых времен, в которой рассматриваются искажения фронта импульса; - область установившегосяся режима, когда искажениями в области малых времен можно пренебречь; - область больших времен (искажения вершины импульса). На рис. 1.16 представлены единичная функция Uвх(t)=1(t) и в общем виде две наиболее типичные реальные ПХ усилителя переменного тока, различающиеся характером нарастания скачка выходного напряжения (в области малых времен): кривая 1 имеет апериодический характер, плавно нарастая до установившегося значения Uвых.уст.; кривая 2 иллюстрирует ПХ с колебательным процессом, затухающим до установившегося значения Uвых.уст. В области установившегося режима переходной процесс достигает установившегося значения с заданной точностью. В области больших времен происходит спад плоской вершины импульса. Поскольку область малых времен (при оценке искажений фронта импульса) на несколько порядков меньше области больших времен (при оценке искажения вершины импульса), то для анализа переходных искажений пользуются переходными характеристиками с разными масштабами времени. Рисунок 1.16 Оценку искажений фронта импульса проводят по ПХ с сильно растянутым масштабом времени, называемой ПХ в области малых времен, а сами искажения фронта импульса называют переходными искажениями в области малых времен (рис. 1.17). Искажения импульса в области малых времен оценивают следующими параметрами: 1. время установления импульса tу, которое определяется как интервал времени, за которое фронт нарастает от уровня 0,1Uвых.уст. до уровня 0,9Uвых.уст.; 2. время задержки tз, за которое фронт импульса нарастает от уровня 0,1Uвых.уст. до уровня 0,5Uвых.уст.; 3. перерегулирование d , которое показывает относительное превышением максимального напряжения фронта над установившимся значением выходного напряжения , (1.40) Рисунок 1.17 Время установления tу, время задержки tз и выброс фронта d импульсных сигналов обусловлены влиянием инерционности УЭ и реактивных составляющих нагрузки усилителя, то есть теми же элементами, которые в гармонических сигналах вызывают частотные и фазовые искажения в области высоких частот. В этом смысле говорят, что переходные искажения импульсных сигналов в области малых времен эквивалентны частотным и фазовым искажениям гармонических сигналов в области высоких частот. Оценку искажений вершины импульса проводят по ПХ в области больших времен, и сами искажения вершины импульсов называют переходными искажениями в области больших времен. На рис. 1.18 показаны три возможных вида ПХ усилителя переменного тока в области больших времен (а, б, в). Их вид определяется параметрами импульсного усилителя. При этом искажения фронта не показаны из-за сильно сжатого масштаба времени: область малых времен и область установившегося режима здесь сливаются с осью ординат. Искажения вершины импульса оценивают относительной величиной изменения выходного напряжения усилителя D за длительность импульса Т, которое в случае ПХ вида рис. 1.18,а называется спадом и будет: Рисунок 1.18 а) ; (1.41) в случае же ПХ вида рис. 1.18,б называется подъемом и будет б) ; (1.42) в случае же ПХ вида рис. 1.18,в с подъемом и спадом будет в) . (1.43) Спад (подъем) вершины импульса обусловлены влиянием реактивных элементов связи в усилителях (конденсаторов и трансформаторов связи), то есть теми же элементами, которые вызывают частотные и фазовые искажения гармонических сигналов в области нижних частот. Поэтому говорят, что искажения вершины импульсов, то есть переходные искажения импульсных сигналов в области больших времен, эквивалентны частотным и фазовым искажениям гармонических сигналов в области нижних частот. Выше были рассмотрены ПХ и переходные искажения усилителя переменного тока без учета его входной цепи. В случае необходимости ПХ и переходные искажения могут быть определены для усилителя вместе с его входной цепью. Для этого во всех приведенных выше рассуждениях вместо Uвх.(t) и К следует брать еист.(t) и К*. Тогда все ПХ и переходные искажения будут сквозными. Если для случая многокаскадного усилителя определены переходные искажения в области малых и больших времен каждого каскада, то результирующие искажения могут быть определены по формуле: , (1.44) , (1.45) где n – число каскадов усилителя. В усилителях постоянного тока (УПТ), в том числе в операционных усилителях (ОУ), в отличие от рассмотренных выше усилителей переменного тока переходная характеристика (ПХ) в области больших времен совпадает с идеальной ПХ и, следовательно, спада (подъема) вершины импульса нет. Это объясняется отсутствием в них тех реактивных элементов, которые в усилителях переменного тока вызывают эти переходные искажения. В области же малых времен ПХ УПТ и ОУ совпадают с переходными характеристиками усилителей переменного тока. Метод ПХ удобен при описании свойств усилителя импульсных сигналов, поскольку ПХ естественным образом непосредственно характеризует искажения импульсов. Между АЧХ и ФЧХ с одной стороны и ПХ с другой стороны существует достаточно жесткая однозначная связь, позволяющая по известным частотным и фазовым характеристикам и искажениям найти переходную характеристику и переходные искажения усилителя и наоборот. При увеличении полосы усиливаемых частот усилителя в области верхних частот, то есть при увеличении верхней граничной частоты fв, будут уменьшаться время установления tу и задержки tз фронтов импульсов, то есть будут уменьшаться искажения фронтов импульсов, а при увеличении полосы пропускания частот усилителя в области нижних частот, то есть при уменьшении нижней граничной частоты fн, будут уменьшаться искажения вершины импульса D , которые при fн=0 вообще исчезнут. Можно говорить, что область малых времен ПХ эквивалентна области верхних частот АЧХ и ФЧХ, область больших времен ПХ эквивалента области нижних частот АЧХ и ФЧХ, а область установившегося режима ПХ эквивалентна области средних частот АЧХ и ФЧХ.   ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какое устройство называют усилительным? Дайте определение процессу усиления. Приведите общую функциональную схему усилительного устройства. 2. Приведите классификацию усилительных устройств. 3. Перечислите основные технические показатели усилительного устройства. Дайте определение каждому показателю. 4. Перечислите входные и выходные данные усилителя. Как они связаны между собой? Как связаны амплитудные и действующие значения напряжений (токов)? 5. Приведите амплитудную характеристику (АХ) реального усилителя. Дайте определение, объясните, отличие реальной АХ от идеальной. Чем отличается АХ от сквозной АХ? Какие показатели усилителя можно определить по АХ? 6. Дайте определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), объясните отличие реальной АЧХ от идеальной. Приведите примеры АЧХ для усилителей постоянного и переменного тока. Каким параметром характеризуется искажение АЧХ? Как определить нижнюю и верхнюю граничные частоты по допустимым частотным искажениям?  7. Изобразите фазо-частотную характеристику усилителя (ФЧХ) для идеального и реального усилителя. Как проявляются фазовые искажения при усилении гармонического сигнала? Почему изображают ФЧХ отдельно для нижних и верхних частот? Как по виду ФЧХ определить фазовые искажения на заданной частоте? 8. Что такое амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧХ)? Приведите примеры АФЧХ для усилителей постоянного и переменного тока. 9. Дайте определение коэффициентов усиления. Запишите формулы перевода из относительных единиц (в разах) в логарифмические (в децибелах) и обратно. Как определяется коэффициент усиления многокаскадного усилителя, если известны коэффициенты усиления отдельных каскадов (в разах и децибелах)? 10. Собственные помехи усилителя: виды, источники, причины их появления, методы измерения. Как они проявляются на выходе усилителя звуковых частот? Одинаков ли вклад собственных помех отдельных каскадов многокаскадного усилителя на результирующее значение помех в нагрузке (обосновать ответ)? Что такое «коэффициент шума»? 11. Дайте определение переходной характеристики и переходных искажений. Какими параметрами характеризуются переходные искажения? Объясните форму переходной характеристики на выходе простейшей RC-цепи (в области малых и больших времен). 12. Поясните процесс определения переходных искажений. Приведите примеры искажений переходной характеристики в области малых и больших времен. Можно ли по виду АЧХ судить о форме переходной характеристики? 13. Дайте определение коэффициента полезного действия усилительного устройства, запишите выражение для его определения. 14. Поясните отличие линейных искажений от нелинейных. Каковы причины их появления? Приведите примеры линейных и нелинейных искажений (во временной и частотной области) при подаче на вход гармонического сигнала. Как количественно оценить линейные и нелинейные искажения?