Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
следствие нелинейности: кроме исходных сигналов выходное колебание
содержит также сигнал с частотой, равной сумме частот усиливаемых
сигналов, а также сигнал разностной частоты. Другими словами, в случае,
когда на вход усилителя поданы сигналы с частотами 800 Гц и 900 Гц,
70 Отрицательная обратная связь
выходное колебание, помимо усиленных сигналов с частотами 800 Гц и 900 Гц
и их гармоник, содержит новые сигналы с частотами 100 Гц и 1700 Гц. Эти
новые сигналы на суммарной и разностной частотах называют продуктами
взаимной модуляции, и они особенно нежелательны при воспроизведении
звука, так как, в отличие от низших гармоник, они не родственны в
музыкальном плане исходным частотам. Взаимная модуляция может служить
мерой нелинейности усилителя; будучи выражен в процентах, коэффициент
искажений вследствие взаимной модуляции (КИВМ) равен:
эфф. знач. продуктов взаимной модуляции
КИВМ = -----------------------------------------------х 100%.
полное эфф. знач. выходного сигнала
Для измерения КИВМ требуется, конечно, подавление двух частот основных
колебаний, а не одной частоты, как это было в случае измерения ПКНИ, и
для этого можно воспользоваться либо спектроанализатором, показывающим в
отдельности каждый компонент спектра, либо демодулятором, наподобие
детектора радиоприемника, для измерения всех продуктов взаимной модуляции
разом. Стоит заметить, что при измерении КИВМ мы не получаем, в принципе,
никакой дополнительной информации по сравнению с тем, что известно из
измерений ПКНИ; обе величины представляют собой лишь различные способы
выражения нелинейности усилителя. Однако на практике может оказаться
невозможным провести точные измерения искажений гармонического сигнала на
верхних частотах, когда гармоники выходят за пределы полосы пропускания
усилителя или измерительного прибора. В таком случае измерения по
взаимной модуляции могут дать более точную картину нелинейности на
высоких частотах.
4.5.4 Расчет эффективного значения сигналов, возникающих в результате
искажений
Для получения полного представления о сигналах, возникающих в результате
искажений, независимо от того, являются они гармониками, порожденными
единственной частотой, или компонентами суммарной и разностной частоты от
двух сигналов, можно выбирать отдельные частоты с помощью
перестраиваемого узкополосного фильтра или спектроанализатора. Такой
прибор дорог, но он дает возможность отличать гармоники от шума, который
может быть значительным при проведении измерений с малыми значениями
выходного сигнала. Спектроанализатор показывает также, определяются ли
искажения, главным образом, низшими гармониками (второй и третьей) или
гармониками высших порядков, которые субъективно более неприятны при
воспроизведении звука. Если гармоники измеряются в отдельности, и Vv Vy
V4 и т.д. - измеренные эффективные (действующие) значения второй,
третьей, четвертой и т.д. гармоник, то
Нелинейные искажения ' 71
ПКНИ =
у2 +v3 + V4 +¦¦¦
к,2 + v22 + v32 + v42 + ¦
х 100%,
V 1
где V[ - величина основного колебания, которая чаще всего бывает
единственным значимым слагаемым в знаменателе. Подобным же образом можно
объединить продукты взаимной модуляции, чтобы найти их эффективное
значение и величину КИВМ в процентах.
4.5.5 Искажения и отрицательная обратная связь
Как следует из приведенного выше рассмотрения, нелинейные искажения можно
считать результатом нежелательного добавления усилителем новых компонент
к исходному сигналу. Приводимый ниже расчет показывает, что отрицательная
обратная связь уменьшает искажения во столько же раз, во сколько падает
коэффициент усиления.
Рассмотрим усилитель на рис. 4.5 с равным А0 коэффициентом усиления без
обратной связи и искажающим сигналом Dg на выходе до включения обратной
связи, то есть без нее:
^out =Л^П +Л>-
(r).п
Сумматор
сигналов
Коэффициент
усиления
Искажающий сигнал Ь,
Коэффициент
обратной
Рис. 4.5. Искажающий усилитель с отрицательной обратной связью.
Пусть теперь замыкается петля отрицательной обратной связи с
коэффициентом пропорциональности -/? между выходным сигналом и сигналом,
подаваемым на вход.
Если е - напряжение сигнала на входных клеммах усилителя при наличии
обратной связи, то
72 Отрицательная обратная связь
^out =AQe+DQ,
где
e = vin
Поэтому
''out А0 (V'jn D0 .
Выполняя преобразования, получим
vout(1 + M) = ^ovin -'-По-
следовательно,
1 + Мо
(4.4)
или
''out = Avin +D,
(4.5)
где А = А0/(\ + J3A0) - коэффициент усиления напряжения с обратной связью
и D = D0/( 1 + /?А0) - величина искажающего сигнала на выходе при наличии
отрицательной обратной связи.
Мы видим, таким образом, что в случае, когда усилитель охвачен
отрицательной обратной связью, искажения уменьшаются в (1 + Д40) раз, но
при этом входной сигнал должен быть увеличен во столько же раз, чтобы
поддержать основной выходной сигнал на прежнем уровне. На первый взгляд
это может показаться бессмысленным упражнением, но только до тех пор,
