Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

9-2. 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Каскад усиления колебаний низкой частоты получает свое наименование по двум основным признакам: по типу активного прибора (триод, пентод или транзистор) и по виду нагрузочного элемента, включаемого в анодную цепь (сопротивление, дроссель, трансформатор и др.). Так, например, мы можем встретить ламповые или транзисторные каскады усиления на сопротивлениях или на трансформаторах и др. Особняком в этой классификации стоят выходные (оконечные) каскады усилителей, для которых основным нагрузочным элементом служит громкоговоритель. Что касается усилительных каскадов телевизионного тракта, то они в большинстве своем относятся к схемам на сопротивлениях, но с существенными особенностями.

Сейчас мы займемся изучением каскадов предварительного усиления колебаний звуковых частот.

Требования, предъявляемые к низкочастотному усилительному каскаду, могут носить радиотехнический, конструктивный и экономический характер. Мы остановимся лишь на радиотехнических требованиях. Они заключаются в том, чтобы каскад обеспечивал достаточный коэффициент усиления в требуемой полосе звуковых частот при искажениях, не превосходящих допустимой величины. Полоса звуковых частот в профессиональной телефонной связи простирается от 300 до 3400 Гц, а в радиовещании, где требуется передавать и воспроизводить художественно звуки оркестра, полоса частот должна быть от 100 до 10000Гц, а иногда - и еще шире в области как басовых (низких), так и дискантовых (высоких) частот.

Чем шире полоса частот, тем сложнее задача равномерного усиления любого колебания в этой полосе. Неравномерное же усиление звуковых колебаний различных частот приводит к потере естественности звука, т.е. к его искажениям. Такого рода искажения называются амплитудно-частотными, или короче, частотными искажениями.

Для наглядной оценки свойственных усилителю частотных искажений служит амплитудно-частотная (или просто частотная) характеристика, либо получаемая расчетным путем, либо снимаемая при помощи измерительной аппаратуры. Частотная характеристика представляет собой зависимость коэффициента усиления каскада (или усилителя в целом) от частоты.

Рис. 9-2. Пример частотной характеристики усилителя низкой частоты.

На рис. 9-2 приводится одна из возможных частотных характеристик усилителя низкой частоты. Для того чтобы ход характеристики был более наглядным как в области басовых, так и дискантовых тонов, масштаб оси частот берется логарифмическим, т.е. неравномерным. Коэффициент усиления откладывается по вертикальной оси либо в абсолютных, либо в относительных цифрах (по отношению к коэффициенту усиления на частоте 400 Гц). Характеристика, показанная на рис. 9-2, имеет снижения ("западания") на низших и на высших частотах по сравнению со средними. Возможны и подъемы усиления в некотором участке частот. Причинами неравномерности являются реактивные сопротивления, неизбежно имеющиеся в лампах (междуэлектродные емкости), в транзисторах (емкости p-n-переходов) или же включаемые во внешние цепи.

Точно одинаковую величину усиления во всей заданной полосе частот обеспечить невозможно; но это и не требуется, так как снижение усиления на 30% (до 0,7·K400) практически не отражается на художественности звучания (в профессиональной связи - на разборчивости речи). Полоса частот, лежащая между ординатами, которые составляют 0,7·K400, может быть названа полосой пропускания усилителя. Обычно в современных приемниках регуляторы тембра позволяют уменьшать полосу пропускания как со стороны низших, так и со стороны высших частот, чтобы ослаблять возможные помехи. Подавление высших частот делает тембр неестественно глухим, а подавление низших частот - неестественно свистящим.

С увеличением числа каскадов повышается чувствительность усилителя, т.е. его способность воспроизводить слабые сигналы. Но одновременно увеличивается и неравномерность частотной характеристики. Если, например, на низшей частоте характеристика снижается до 0,7 по сравнению со средним уровнем в одном каскаде, то три таких каскада дадут снижение общей характеристики до 0,73 = 0,34 от величины среднего уровня. Иначе говоря, требования к каждому каскаду строже, нежели к усилителю в целом.

Сущность амплитудно-частотных искажений заключается в том, что в составе выходного сигнала соотношение между амплитудами колебаний разных частот получается иным, нежели в составе входного сигнала. Но может при усилении измениться также соотношение фаз отдельных колебаний в составе сигнала, так как фазовые сдвиги зависят от частоты. Такого рода искажения называются фазо-частотными, или просто фазовыми. Для качества звукового воспроизведения сигнала эти искажения не играют роли, так как слух человека не обнаруживает различия в фазовых соотношениях отдельных звуковых колебаний. Зато при телевизионном приеме фазовые искажения приводят к порче изображения и с ними приходится считаться.

Как амплитудно-частотные, так и фазо-частотные искажения могут быть названы линейными, так как причиной их являются емкости и индуктивности каскада, т.е. элементы, не нарушающие пропорциональности между напряжением и током. Лампа и транзистор, как мы знаем, ставятся выбором исходных напряжений в условиях усиления на линейных участках характеристик (см., например, рис. 8-16 и 8-33). Но при увеличении амплитуд сигнала вероятен выход за пределы прямолинейного участка характеристики. В этом случае форма сигнала искажается, как показано, например, на рис. 9-3, а. Такого рода искажения называются нелинейными. Причиной нелинейных искажений во входной цепи каскада может быть также сеточный ток, импульсы которого проходят лишь во время воздействия положительного напряжения на сетку; ведь характеристика тока сетки нелинейна, как и характеристика диода, а потому за положительный полупериод сигнала вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника сигнала амплитуда его напряжения на сетке будет меньше, чем за отрицательный полупериод.

Рис. 9-3. Нелинейные искажения:
а - происхождение искажений; б - анализ искаженного колебания.

Периодическое, но несинусоидальное колебание, примером которого служит анодный ток на рис. 9-3, а, может быть разложено на ряд синусоидальных колебаний с частотами, кратными основной. Эти составляющие колебания, как нам известно, называются гармониками несинусоидального процесса. На рис. 9-3, б верхняя кривая - несинусоидальное периодическое колебание, нижние же кривые - первая и вторая гармоника этого колебания. Если произвести сложение ординат обеих гармоник (с учетом их знаков), то приблизительно получим верхний график. Искаженная форма анодного тока на рис. 9-3, а имеет в своем составе большее число гармоник (теоретически бесконечное число), а также постоянную составляющую (т.е. гармонику "нулевой частоты").

Итак, математически нелинейные искажения рассматриваются как образование высших гармоник, не свойственных первичному сигналу. Практически же эти искажения приводят к снижению художественности музыки или разборчивости речи. Поэтому требование работы на прямолинейном участке динамической характеристики является одним из требований к режиму усилительного каскада. Выполнить это требование в оконечном каскаде сложнее, чем в предварительных, так как на входе оконечного каскада амплитуды больше, чем в предыдущих. Чтобы появление высших гармоник не обнаруживалось на слух, амплитуда наиболее выраженной из них должна быть менее 5% амплитуды основной гармоники; это отношение и служит коэффициентом (мерой) нелинейных искажений.

Криволинейность характеристик активных усилительных приборов ограничивает также динамический диапазон звука, воспроизводимого усилителем, т.е. превосходство амплитуды самого громкого звука над амплитудой самого тихого. Иногда и в этом отношении ставятся требования к усилительному каскаду, ранее других угрожающему "перегрузкой", т.е. выходом рабочей точки за пределы линейного участка характеристики.

Таковы общие предпосылки к изучению конкретных видов усилителей низкой частоты.

В этой главе:
9-1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ
9-2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
9-3. ЛАМПОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЯХ
9-4. ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЯХ
9-5. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПИТАНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
9-6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
9-7. ПРЕДМОЩНЫЕ КАСКАДЫ. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ
9-8. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
9-9. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
9-10. СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ
9-11. ЗАДАЧИ МИНИАТЮРИЗАЦИИ
СОЛНЕЧНАЯ ЗАРЯДКА со встроенным аккумулятором!

Вы только на емкость встроенного аккумулятора взгляните - более чем 7 А·ч...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru