АМПЛИТУДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Амплитудной характеристикой (АХ) усилителя называется зависимость амплитудного или действующего значения выходного напряжения от входного синусоидального напряжения (рис 1.3, б). Отношение выходного и входного напряжений равно коэффициенту усиления K. Поэтому амплитудная характеристика, казалось бы, должна быть прямой линией, исходящей из начала координат. Однако в действительности она совпадает с этой прямой только в средней части, на участке АВ.

Начальный участок АХ отклоняется от прямой из-за наличия на выходе усилителя напряжения собственных помех U_п.

Верхний загиб АХ обусловлен наступлением перегрузки одного из каскадов усилителя, чаще всего оконечного, в результате чего начинается ограничение выходного колебания. Дело в том, что любой каскад в состоянии пропустить переменное напряжение с амплитудой не превышающей некоторого значения. Использование верхнего криволинейного участка характеристики приводит к нелинейным искажением. Однако их величину по кривизне этой характеристики не оценивают, так как она отражает не все виды нелинейных искажений. Верхний изгиб используют лишь для определения порога перегрузки. По графику АХ лишь весьма приближенно можно судить о характере и степени нелинейности (непостоянства) передаточных свойств каскада, т. е. о зависимости этих свойств от уровня усиливаемого сигнала. Более подробно принципы представления передаточных свойств нелинейных цепей рассмотрены в гл. 5.

Динамическим диапазоном D усилителя называется отношение наибольшего выходного (или входного) напряжения усилителя к наименьшему в пределах линейной части амплитудной характеристики:

D =U_вых2/U_вых1= U_вх2/U_вх1. (1.5)

Обычно он выражается в децибелах D, дБ = 20 lg D и составляет 40…60 дБ. Амплитуда колебания, представляющего реальный (например, речевой) усиливаемый сигнал, непрерывно изменяется от минимального до максимального значения, отношение которых называется динамическим диапазоном сигнала D_с = U_{с max} / U_{c min}. Так, для радиовещательных речевых сигналов D_с≈40 дБ, для симфонического оркестра D_с≈70 дБ. Чтобы усилитель мог воспроизвести на выходе все изменения уровня входного сигнала, надо обеспечить D≥D_с.

Для некоторых устройств, например логарифматоров, вся АХ является нелинейной и подчиняется определенному закону. Однако ее начало и конец отклоняются от нужного закона нелинейности и по-прежнему имеют вид, показанный на рис. 1.3, б. Такие устройства характеризуются двумя динамическими диапазонами: по входу и выходу, причем D_вх≠ D_вых.