• Tutorial

Pe site-urile audiofile, se obișnuiește să sperii vizitatorii cu distorsiuni de intermodulație, totuși, deoarece majoritatea publicațiilor pe această temă utilizează pe scară largă tehnologia copy-paste, este foarte greu de înțeles de ce apar aceste distorsiuni și de ce sunt atât de înfricoșătoare. Astăzi voi încerca, în măsura posibilităților mele și a lungimii articolului, să reflect exact natura acestor IMI teribile.

Subiectul distorsiunii semnalului în UMZCH a fost abordat în articolul meu anterior, dar ultima dată am atins doar ușor distorsiunile liniare și neliniare. Astăzi vom încerca să înțelegem cele mai neplăcute de auzit, greu de analizat și greu de eliminat distorsiunile de intermodulație pentru designerii ULF. Motivele apariției lor și relația cu feedback-ul, scuze pentru jocul de cuvinte.

Amplificator operațional sub formă de triunghi alb

Înainte de a vorbi despre feedback, să facem o scurtă excursie în amplificatoare operaționale , deoarece astăzi căile de amplificare a tranzistorului practic nu se pot descurca fără ele. Ele pot fi prezente fie sub formă de microcircuite separate, fie să facă parte din cipuri mai complexe - de exemplu, integrate amplificatoare de joasă frecvență - ULF .

Să luăm în considerare un amplificator sub forma unei cutii negre, sau mai degrabă un triunghi alb, așa cum sunt de obicei notate în designul circuitului, fără a intra în detalii despre designul său deocamdată.

Atribuirea pinilor amplificatorului operațional

Intrare non-inversoare:

Intrare inversă:

Sursa de alimentare plus:

Dezavantajul sursei de alimentare:

Dacă creșteți tensiunea de intrare la intrarea neinversoare, tensiunea de ieșire va crește dacă la intrarea inversoare, atunci, dimpotrivă, va scădea.

De obicei, tensiunea de intrare care trebuie amplificată este aplicată între cele două intrări și apoi tensiunea de ieșire poate fi exprimată după cum urmează:

Unde este câștigul în buclă deschisă

Deoarece scopul nostru nu este să amplificam tensiunile continue, ci vibrațiile sonore, să luăm un exemplu de dependență a amplificatorului operațional ieftin LM324 de frecvența oscilațiilor sinusoidale de intrare.

În acest grafic, câștigul este reprezentat vertical, iar frecvența este reprezentată orizontal pe o scară logaritmică. Rezultatele muncii inginerilor nu sunt foarte impresionante și este puțin probabil ca un astfel de amplificator să fie folosit în realitate. În primul rând, arată o liniaritate bună doar în afara intervalului de frecvență perceput de ureche - sub 10 Hz, iar în al doilea rând, câștigul său este prea mare - de 10.000 de ori la curent continuu!

Deci ce să faci, trebuie să existe o cale de ieșire! Da el este. Luați o parte din semnalul de ieșire și aplicați-o la intrarea inversoare - introduceți feedback.

Feedback - simplu și furios! Un panaceu pentru toate relele?

În acest articol nu vom atinge elementele de bază ale teoriei amplificatoarelor operaționale, dacă doriți, puteți găsi o mulțime de informații despre acest subiect pe Internet, de exemplu, în seria de articole de Igor Petrov KriegeR;

Introducerea feedback-ului într-un circuit amplificator nu este ușoară, dar foarte simplă. Fără a merge prea departe, să vedem cum se poate face acest lucru folosind un exemplu din ultimul meu articol despre mici trucuri de trasare a circuitelor pe amplificatoare operaționale.

Feedback-ul din acest circuit este furnizat la intrarea inversoare a amplificatorului operațional prin rezistorul R2, sau mai degrabă un divizor de tensiune de la R2 și R1.

Este ușor de demonstrat că acest circuit va avea un câștig de tensiune egal cu doi și va rămâne neschimbat la amplificarea semnalelor armonice într-un interval de frecvență foarte larg. Pe măsură ce frecvența semnalului crește, câștigul amplificatorului operațional fără feedback scade, dar rămâne de multe ori mai mare decât două, iar această scădere este compensată de o scădere automată a nivelului semnalului de feedback. Ca rezultat, câștigul circuitului în ansamblu rămâne neschimbat. Dar asta nu este tot. Acest circuit are o impedanță de intrare foarte mare, ceea ce înseamnă că practic nu are niciun efect asupra sursei semnalului. De asemenea, are o impedanță de ieșire foarte scăzută, ceea ce înseamnă că, teoretic, ar trebui să mențină forma semnalului chiar și atunci când funcționează pe o sarcină cu rezistență destul de scăzută și cu o impedanță complexă - inductivă și capacitivă.

Chiar am primit AMPLIFICATORUL IDEAL?

Din păcate, nu, așa cum orice monedă are cap și coadă, feedback-ul are partea sa întunecată.

Ceea ce este bun pentru un rus este moartea sau puțină tehnologie radio pentru un german

În inginerie radio, efectul interacțiunii semnalelor a două frecvențe diferite aplicat unui element neliniar numit intermodularea . Rezultatul este un semnal complex cu combinații de frecvențe (armonice) în funcție de frecvența semnalelor originale f1 și f2 conform următoarei formule:
Frecvențele rezultate sunt mai mici ca amplitudine decât armonicile părinte și, de regulă, nivelul lor scade rapid odată cu creșterea coeficienților întregi m și n.

Armonicele vor avea cea mai mare amplitudine, numite armonici de ordinul doi cu frecvente:

si frecvente armonici de ordinul trei :
În inginerie radio, acest efect este utilizat pe scară largă pentru conversia frecvenței. Datorită acesteia funcționează receptoarele moderne. Conversia de frecvență are loc în mixere construite pe baza unor elemente neliniare, care sunt adesea folosite ca o joncțiune p-n a unei diode sau a unui tranzistor. Mixerul primește simultan semnalul util primit și semnalul de la generator - oscilator local.

La ieșire primim o gamă largă de semnale:

Dar datorită filtrului PPF în bandă îngustă, selectăm semnalul de care avem nevoie cu o frecvență intermediară f pr =f g -f s și îl amplificăm în amplificatorul IF. Apoi, detectarea are loc folosind următorul element neliniar, de obicei o diodă, iar la ieșirea după filtrul trece-jos (neprezentat în figură), primim un semnal de frecvență audio.

IMD- distorsiunea intermodulatiei

Totuși, dacă efectul de intermodulație este vital pentru receptoare, în amplificatoarele de joasă frecvență provoacă distorsiuni neliniare, care se numesc intermodulație. La urma urmei, un semnal audio conține simultan armonici cu un număr mare de frecvențe care diferă foarte mult ca amplitudine, iar tranzistorii care alcătuiesc amplificatorul, ca și diodele, sunt elemente neliniare. Distorsiunile care apar datorită mecanismului descris mai sus sunt denumite în sursele în limba engleză distorsiunea de intermodulație abreviat IMD, de altfel, abrevierea rusă pentru ei IMI .

Acest tip de distorsiune este mult mai neplăcut pentru ureche decât limitarea banală de amplitudine a semnalului, sursa apariției sale în fiecare caz specific este mult mai dificil de detectat și, cel mai important, de eliminat.

Este timpul să începem în sfârșit să explorăm partea întunecată a feedback-ului.

Partea întunecată a feedback-ului

Pentru a-l detecta, vom asambla un amplificator bazat pe amplificatorul operațional LM324, dar cu valori ușor diferite ale rezistențelor de feedback pentru a obține un câștig unitar.

Acum să aplicăm un impuls dreptunghiular de amplitudine mică, aproximativ 100 de milivolți, la intrarea sa.

Ceea ce am primit la ieșire nu seamănă deloc cu semnalul de intrare. Ce s-a întâmplat și de ce nu ne-a ajutat feedback-ul? Ca întotdeauna, fizica este de vină, lumea sa este mult mai complexă decât modelele noastre matematice bazate pe aproximări brute. Cert este că amplificatorul nostru este un dispozitiv foarte complex.

O excursie în lumea reală. Feedback negativ general într-un amplificator de putere audio

Neliniaritatea inerentă a etajelor tranzistorului îi obligă pe proiectanți să folosească feedback negativ puternic ca cea mai simplă soluție pentru ajustarea parametrilor amplificatorului pentru a îndeplini cerințele pentru niveluri scăzute de distorsiune armonică și de intermodulație, desigur măsurate folosind tehnici standard. Drept urmare, amplificatoarele de putere industriale cu adâncime de feedback de 60 și chiar 100 dB nu sunt neobișnuite astăzi.
Să descriem un circuit real al unui simplu amplificator de putere cu tranzistor. Putem spune că este în trei etape. Prima treaptă a amplificatorului este pe amplificatorul operațional A1, a doua este pe tranzistoarele T1-T2 și a treia este tot tranzistorul T3-T4. În acest caz, amplificatorul este acoperit de un circuit de feedback general, evidențiat cu roșu, care este alimentat prin rezistorul R6 la intrarea neinversoare a amplificatorului operațional. Cuvânt cheie aici general- feedback-ul aici este furnizat nu de la ieșirea amplificatorului operațional către intrarea acestuia, ci de la ieșirea întregului amplificator.

Ca rezultat, amplificatorul operațional, datorită câștigului său enorm, ar trebui să facă față diferitelor tipuri de neliniarități și interferențe în treptele amplificatoarelor cu tranzistori. Le enumerăm mai jos pe cele principale:

• tranzistorii într-o astfel de conexiune pot funcționa într-un mod foarte neliniar atunci când semnalul trece prin zero și pentru semnale slabe;
• La ieșire, amplificatorul este încărcat cu o sarcină complexă - sistemul de difuzoare. Diagrama prezintă echivalentul său - rezistența R15 și inductanța L1;
• Tranzistoarele funcționează într-un regim termic sever, iar temperatura carcasei lor depinde în mod semnificativ de puterea de ieșire, iar parametrii lor depind puternic de temperatură;
• Capacitatele de montare și diferitele tipuri de interferență pot avea o valoare decentă, iar erorile de rutare pot duce cu ușurință la feedback pozitiv și autoexcitare a amplificatorului;
• Rolul interferenței induse de putere crește semnificativ;

Iar OU ajută, dar ca un prost care se roagă lui Dumnezeu din celebrul aforism, uneori prea tare. Apar probleme cu capacitatea de suprasarcină a cascadelor individuale, ale căror tranzistori intră în modul de limitare a semnalului. Ele ies din modul liniar, desigur relativ liniar, în moduri de tăiere sau de saturație. Ele ies foarte repede, dar revin la ea mult mai lent, ceea ce se datorează procesului îndelungat de resorbție a surselor minore de sarcină în joncțiunile semiconductoare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestui proces și a consecințelor sale.

Distorsiunea de intermodulație dinamică TIM. Capacitate de suprasarcină și efect de tăiere a amplificatorului

Capacitate de suprasarcină amplificatorul este un parametru care descrie câți decibeli diferă tensiunea sau puterea nominală de ieșire de maximă atunci când încep limitările de putere a semnalului de ieșire - tăiere

Amplificatoarele cu tranzistori au o capacitate redusă de suprasarcină, în special în etapele finale și pre-finale. Puterea nominală diferă adesea de maximă cu doar 40 la sută, adică mai puțin de 3 dB.

Să ne imaginăm că amplificatorul nostru este format dintr-un preamplificator corector ideal și un UMZCH acoperit de feedback cu coeficient B. Este important de reținut că semnalul V 1 poate conține componente de frecvență foarte înaltă. Preamplificatorul C acționează ca un filtru trece-jos, furnizând un semnal de intrare V 2 amplificatorului A care conține doar componente care se încadrează în banda de frecvență audio.

Tensiunea la intrarea amplificatorului de putere V2 are un timp de creștere determinat de preamplificator. Graficul arată că este netezită. Cu toate acestea, în tensiunea V 3 care acționează la ieșirea sumatorului, există o creștere cauzată de dorința de feedback pentru a compensa viteza scăzută a amplificatorului de putere A cu amplitudinea V max.

O creștere a semnalului V 3 poate fi de sute sau chiar de mii de ori mai mare ca amplitudine decât nivelul nominal al semnalului de intrare. Poate depăși cu mult intervalul dinamic al amplificatorului. În timpul unei astfel de supraîncărcări, câștigul altor semnale prezente la intrare este redus, provocând o creștere instantanee a distorsiunii de intermodulație. Această stropire se numește distorsiunea intermodulației dinamice TID , deoarece intermodulația duce la influența unui semnal asupra amplitudinii altuia și depinde de caracteristicile de timp și de amplitudine ale semnalului de intrare mai mult decât doar de caracteristica de amplitudine, ca în cazul distorsiunii intermodulației simple.

Mai sus este un grafic al unui efect extrem de neplăcut numit „cliping” a amplificatorului și este un produs al feedback-ului. La ieșirea A1, obținem efectul limitării amplitudinii, iar la ieșirea amplificatorului, un semnal distorsionat.

Metode de măsurare a distorsiunii de intermodulație și metode de combatere a acesteia

Conform tehnicii standard de măsurare a distorsiunii de intermodulație, două semnale sunt aplicate simultan la intrarea obiectului măsurat: frecvențe joase f 1 și înalte f 2. Din păcate, diferite țări folosesc frecvențe de măsurare diferite. Standarde diferite prevăd frecvențe diferite - 100 și 5000 Hz, 50 și 1000 Hz...

Cea mai comună este utilizarea frecvențelor de 400 și 4000 Hz, aprobate în standardul DIN 45403, GOST 16122-88 și IEC 60268-5. Amplitudinea semnalului cu frecvența f 1 este de 12 dB de 4 ori mai mare decât amplitudinea semnalului cu frecvența f 2. În funcție de neliniaritatea caracteristicii, diferența și totalul combinației oscilațiilor f 2 ± f 1 și f 2 ± 2f 1 de ordine superioară se formează la punctul de funcționare simetric față de frecvența f 2. Oscilațiile Raman de ordinul doi care rezultă cu frecvențele f 2 ± f 1 caracterizează pătratice, iar de ordinul trei cu frecvențele f 2 ± 2f 1 - distorsiuni cubice ale obiectului de măsurat.

O pereche de frecvențe de 19 și 20 KHz cu niveluri egale de semnal este, de asemenea, utilizată pe scară largă, ceea ce este convenabil în primul rând deoarece armonica principală care se încadrează în domeniul audio, în acest caz, este un semnal cu o frecvență de 1 KHz, nivelul de care este ușor de măsurat.

Pentru a furniza semnale de măsurare se folosesc nu numai generatoare, ci și CD-uri de măsurare și chiar discuri de vinil special înregistrate în studio.

Cu aproximativ 30 de ani în urmă, măsurarea coeficientului de distorsiune de intermodulație necesita instrumente complexe și costisitoare disponibile numai în laboratoare și studiouri, de exemplu, compoziția unui stand de măsurare pentru un amplificator pickup:

1. Recorder de vinil;
2. Placă de măsurare;
3. Ridica;
4. Amplificator de corecție;
5. filtru trece-bandă;
6. detector de linie;
7. Filtru trece jos.
8. Și, desigur, V este un voltmetru care poate măsura valoarea efectivă a oscilațiilor sinusoidale!

Astăzi, chiar și o simplă placă de muzică de computer pe 16 biți cu un preț de până la 30 USD, completată cu un program special de măsurare și circuite simple de potrivire, poate oferi măsurători de calitate mult mai bună.

Standardele descrise sunt foarte convenabile pentru producătorii de echipamente de reproducere a sunetului fără prea multe dificultăți, puteți obține numere mici frumoase în datele pașaportului, dar nu reflectă foarte bine calitatea reală a căii de amplificare. Rezultatul, desigur, este dezvoltarea subiectivismului - atunci când două amplificatoare sau chiar plăci audio scumpe, care în mod oficial au aproape aceiași parametri, „sună” complet diferit pe un semnal muzical complex - este imposibil să faci fără ascultare înainte de a cumpăra.

Amatorii de sunet de înaltă calitate și producătorii individuali de echipamente de ultimă generație încearcă să-și promoveze tehnicile de măsurare bazate pe aproximări mai puțin îndepărtate de realitate. Există tehnici cu mai multe frecvențe, tehnici care studiază interacțiunea frecvenței armonice și a unui singur impuls, bazate pe semnale de zgomot și altele. Cu toate acestea, de data aceasta nu vom avea timp să le discutăm în detaliu.
OOC Adăugați etichete

Distorsiuni în amplificatoare

Un amplificator liniar ideal ar trebui să asigure amplificarea semnalului de intrare fără amplificarea formei de undă de intrare. În amplificatoarele reale, există întotdeauna diferențe între formele semnalului de ieșire și de intrare. Orice abatere a formei de undă de ieșire de la forma de undă de intrare se numește distorsiune. Clasificarea lor este prezentată în Fig. 8. .

Distorsiunea neliniară este asociată cu caracteristicile neliniare curent-tensiune ale elementelor active. Distorsiunile neliniare sunt cuantificate prin factorul de distorsiune neliniară (THD). ,

unde U 2m1 este amplitudinea primei armonici a tensiunii de ieșire, U 2m2 ... amplitudinea celei de-a doua și a altor armonici superioare ale tensiunii de ieșire

Distorsiunea liniară apare din cauza dependenței răspunsului în frecvență al câștigului de frecvență. Distorsiunea de frecvență apare din cauza variabilității câștigului. Un amplificator ideal care nu distorsionează ar trebui să aibă un câștig constant. Nu există distorsiuni într-un astfel de amplificator. Presupunem că intrarea este afectată de un semnal format din două componente ω 0 și 2ω 0 . Datorită câștigului variabil, semnalul de intrare are o frecvență de 2ω 0 . va fi amplificată de un număr mai mic de ori decât componenta ω 0 . Și, prin urmare, suma acestor semnale va diferi ca formă de forma sumei semnalelor de intrare. Distorsiunile de frecvență sunt evaluate cantitativ prin coeficientul de frecvență distorsiunea, care se referă la neuniformitatea câștigului

Caracteristici de frecvență și timp

Ca și în cazul sistemelor liniare pasive, caracteristicile de frecvență ale amplificatorului sunt determinate de câștigul complex, care poate fi reprezentat ca raportul amplitudinilor complexe ale semnalelor de ieșire și de intrare cu un semnal de intrare armonic. Deci, pentru câștigul complex de tensiune vom avea:

Dependența modulului de câștig || = K(n) de la frecvență se numește răspuns amplitudine-frecvență (AFC) sau pur și simplu răspunsul în frecvență al amplificatorului.

Dependența de frecvență a defazajului semnalului de ieșire al unui amplificator în raport cu semnalul său de intrare se numește răspuns fază-frecvență (PFC) sau pur și simplu răspunsul de fază al amplificatorului.

Un amplificator ideal are un răspuns de frecvență uniform pe întreaga gamă de frecvență, de exemplu. câștigul acestuia

K(у) = K 0 = const.

Răspunsul de fază al unui astfel de amplificator nu ar trebui să depindă de frecvență sau, cel puțin, ar trebui să fie o funcție liniară a frecvenței, adică.

În practică, în banda de frecvență în care se află spectrul semnalului amplificat, este posibil să se abordeze doar răspunsul ideal în frecvență și răspunsul de fază cu o precizie diferită.

Pentru amplificatoare, precum și pentru sistemele liniare pasive, sunt introduse conceptele de frecvență de tăiere inferioară schn, frecvență de tăiere superioară schb și bandă de trecere. Frecvențele sch n și sch in sunt definite ca frecvențele la care câștigul amplificatorului scade cu un factor al coeficientului (Fig. 3, a). Regiunea de frecvență situată în stânga frecvențelor mijlocii se numește regiunea de frecvență joasă, regiunea situată în dreapta este regiunea de frecvență înaltă. Lățimea de bandă a amplificatorului

Împreună cu caracteristicile frecvenței, pentru a determina distorsiunea formei unei oscilații complexe, răspunsul tranzitoriu h(t), care este răspunsul amplificatorului la un singur salt de tensiune (curent) și răspunsul la impuls g(t) , care este răspunsul unui circuit liniar la un impuls delta, sunt utilizate. Aceste caracteristici sunt legate în mod unic de caracteristicile de frecvență.

Răspunsul tranzitoriu h(t) descrie în mod clar distorsiunea semnalului care apare atunci când impulsurile dreptunghiulare sunt amplificate. Principalii indicatori ai acestor distorsiuni sunt: ​​timpul de întârziere t W, durata frontului t F și timpul de cădere t C (Fig. 4). Când frecvența limită superioară u in crește, distorsiunile în regiunea timpilor mici scad (timpul t W și t F scade), iar când frecvența limită inferioară u N scade, în regiunea timpilor mari (decăderea vârfului). scade, adică timpul t C crește) . Pentru amplificatoarele de curent continuu (uH = 0), răspunsul tranzitoriu nu arată o scădere a vârfului.

Distorsiuni liniare și neliniare în amplificatoare

Calitatea unui amplificator este determinată de gradul de distorsiune pe care amplificatorul îl introduce la amplificarea semnalului de intrare. Distorsiunea se referă la o modificare a formei semnalului de ieșire în raport cu forma semnalului de intrare. Distorsiunea unui semnal la trecerea printr-un amplificator, cauzată de dependența parametrilor amplificatorului de frecvență și independentă de amplitudinea semnalului de intrare, se numește distorsiune liniară. La rândul lor, distorsiunile liniare pot fi împărțite în frecvență (cauzată de o modificare a modulului câștigului amplificatorului în banda de frecvență a semnalului amplificat) și fază (cauzată de neliniaritatea caracteristicii fază-frecvență a amplificatorului în banda de frecvenţă a semnalului amplificat).

Un amplificator ideal, care nu are distorsiuni de frecvență liniară, are un răspuns de frecvență uniform pe întreaga gamă de frecvență, adică câștigul acestuia

K(у) = K 0 = const.

Răspunsul de fază al unui amplificator care nu are distorsiuni de fază liniară ar trebui să fie independent de frecvență sau cel puțin ar trebui să fie o funcție liniară a frecvenței

(ts k (w) = const (w)).

În acest din urmă caz, toate componentele armonice ale semnalului de intrare primesc aceeași întârziere, iar semnalul de ieșire se schimbă în timp (întârzieri) în raport cu intrarea doar cu valoarea t3.

Distorsiunea de frecvență a amplificatorului la frecvența u este caracterizată de coeficientul de distorsiune a frecvenței

M = K U0 /K Ush.

Aici K Ush este câștigul de tensiune la o frecvență dată. Folosind răspunsul în frecvență, puteți determina distorsiunea de frecvență în orice gamă de frecvențe de funcționare ale amplificatorului.

Deoarece cele mai mari distorsiuni de frecvență apar la limitele domeniului de funcționare, atunci când se calculează un amplificator, de regulă, coeficienții de distorsiune a frecvenței Mn și Mv sunt setați, respectiv, la frecvențele limită inferioară (wH) și superioară (wH).

La niveluri de semnal de intrare suficient de scăzute, amplificatorul are proprietățile unui sistem liniar, iar amplitudinea tensiunii de ieșire este direct proporțională cu amplitudinea tensiunii de intrare, adică. Câștigul amplificatorului nu depinde de mărimea semnalului. Datorită prezenței proprietăților neliniare în toate dispozitivele de amplificare, pe măsură ce semnalul de intrare crește, dependența liniară a valorii semnalului de ieșire de valoarea semnalului de intrare este încălcată. În acest caz, câștigul începe să depindă de mărimea semnalului amplificat, apar distorsiuni neliniare și apar componente de frecvență în spectrul semnalului de ieșire care sunt absente în spectrul semnalului de intrare.

Dependența amplitudinii primei armonice a tensiunii de ieșire de amplitudinea primei armonici a tensiunii de intrare pentru un semnal de intrare sinusoidal se numește caracteristică de amplitudine (Fig. 5). Distorsiunile neliniare apar atunci când amplitudinea semnalului de intrare depășește valoarea de la care caracteristica de amplitudine își pierde liniaritatea.

Raportul (în decibeli) dintre tensiunea maximă la intrarea amplificatorului U MAX și minimul U MIN D = 20lg(U MAX / U MIN) se numește intervalul de câștig dinamic al amplificatorului. Tensiunea de intrare minimă admisă este de obicei limitată de nivelul propriului zgomot al amplificatorului, față de care semnalul de ieșire nu poate fi distins.

Caracteristica de amplitudine în multe cazuri se dovedește a fi un mijloc prea grosier de a descrie distorsiunile neliniare ale unui amplificator. Prin urmare, se introduce conceptul de coeficient armonic (coeficient de distorsiune neliniar), care este raportul dintre suma amplitudinilor tuturor armonicilor tensiunii (sau curentului) semnalului distorsionat, cu excepția primului, la amplitudinea tensiunea (sau curentul) primei armonice la ieșirea amplificatorului atunci când un semnal pur sinusoidal este aplicat la intrarea amplificatorului:

unde U iOUT este amplitudinea armonicii i-a a semnalului distorsionat de ieșire, U 1OUT este amplitudinea primei armonici (fundamentale). Prima armonică reprezintă semnalul util, restul sunt rezultatul distorsiunilor neliniare. Indicele determină numărul armonic. De obicei, sunt luate în considerare doar a doua și a treia armonică, deoarece valorile amplitudinii puterilor armonicilor superioare sunt relativ mici.

Distorsiunile liniare și neliniare caracterizează acuratețea reproducerii de către amplificator a formei semnalului de intrare.

Datorită lanțurilor de retail și magazinelor online, varietatea de echipamente audio oferite spre vânzare depășește toate limitele rezonabile. Cum să alegi un dispozitiv care să răspundă nevoilor tale de calitate fără a plăti în mod semnificativ?
Dacă nu ești un audiofil și alegerea echipamentului nu este sensul vieții pentru tine, atunci cea mai ușoară cale este să navighezi cu încredere în caracteristicile tehnice ale echipamentelor de amplificare a sunetului și să înveți să extragi informații utile între rândurile pașapoartelor și instrucțiunilor, fiind critic față de promisiuni generoase. Dacă nu simțiți nicio diferență între dB și dBm, putere nominală Dacă nu diferiți de PMPO și doriți să aflați în sfârșit ce este THD, puteți găsi și ceva interesant sub tăietură.

Rezumatul articolului

Câştig. De ce avem nevoie de logaritmi și ce sunt decibelii?
Volumul sunetului. Care este diferența dintre dB și dBm?
Împărțiți și cuceriți - descompunem semnalul într-un spectru.
Distorsiune liniară și lățime de bandă.
Distorsiuni neliniare. KNI, KGI, TDH.
Caracteristica de amplitudine. Foarte pe scurt despre zgomot și interferențe.
ULF și standarde de putere de ieșire acustică.
Practica este cel mai bun criteriu al adevărului. Dezasamblare cu centrul audio.
Un ibric de gudron într-un borcan cu miere.

Sper că materialele din acest articol vor fi utile pentru înțelegerea următorului, care are un subiect mult mai complex - „Distorsiunea încrucișată și feedback-ul, ca una dintre sursele lor”.

Câştig. De ce avem nevoie de logaritmi și ce sunt decibelii?

Unul dintre principalii parametri ai unui amplificator este câștigul - raportul dintre parametrul de ieșire al amplificatorului și parametrul de intrare. În funcție de scopul funcțional al amplificatorului, factorii de amplificare se disting prin tensiune, curent sau putere:

Câștig de tensiune

Câștig curent

Câștig de putere

Câștigul ULF poate fi foarte mare; câștigul amplificatoarelor operaționale și al căilor radio ale diferitelor echipamente este exprimat în valori și mai mari. Numerele cu un număr mare de zerouri nu sunt foarte convenabile de utilizat, este și mai dificil să afișați pe un grafic diferite tipuri de dependențe care au valori care diferă între ele de o mie sau de mai multe ori. O modalitate convenabilă de ieșire este prezentarea cantităților pe o scară logaritmică. În acustică, acest lucru este de două ori convenabil, deoarece urechea are o sensibilitate apropiată de logaritmică.
Prin urmare, câștigul este adesea exprimat în unități logaritmice - decibeli (desemnare rusă: dB; internațional: dB)

dB a fost folosit inițial pentru a estima raportul de putere, astfel încât valoarea exprimată în dB presupune logaritmul raportului dintre cele două puteri, iar câștigul de putere este calculat folosind formula:

Situația este ușor diferită cu cantitățile „non-energetice”. De exemplu, să luăm curent și să exprimăm puterea prin el, folosind legea lui Ohm:

atunci valoarea exprimată în decibeli prin curent va fi egală cu următoarea expresie:

Același lucru este valabil și pentru tensiune. Ca rezultat, obținem următoarele formule pentru calcularea factorilor de câștig:

Câștig de curent în dB:

Câștig de tensiune în dB:

Volumul sunetului. Care este diferența dintre dB și dBm?

În acustică, „nivel de intensitate” sau pur și simplu volumul sunetului L se masoara si in decibeli, iar acest parametru nu este absolut, ci relativ! Acest lucru se datorează faptului că comparația se face cu pragul minim de auzire a sunetului unei vibrații armonice de către urechea umană - o amplitudine a presiunii sonore de 20 μPa. Deoarece intensitatea sunetului este proporțională cu pătratul presiunii sonore, putem scrie:

unde nu este curentul, ci intensitatea presiunii sonore a sunetului cu o frecvență de 1 kHz, care corespunde aproximativ cu pragul audibilității umane.

Astfel, când spunem că volumul unui sunet este de 20 dB, înseamnă că intensitatea undei sonore este de 100 de ori mai mare decât pragul auzului uman.
În plus, valoarea absolută a măsurării puterii este extrem de comună în ingineria radio dBm(dBm rus), care se măsoară relativ la o putere de 1 mW. Puterea este determinată la sarcina nominală (pentru echipamente profesionale - de obicei 10 kOhm pentru frecvențe mai mici de 10 MHz, pentru echipamente cu frecvență radio - 50 Ohm sau 75 Ohm). De exemplu, „puterea de ieșire a etajului amplificatorului este de 13 dBm” (adică puterea eliberată la sarcina nominală pentru această etapă a amplificatorului este de aproximativ 20 mW).

Împărțiți și cuceriți - descompunem semnalul într-un spectru.

Este timpul să trecem la un subiect mai complex - evaluarea distorsiunii semnalului. În primul rând, trebuie să facem o scurtă introducere și să vorbim despre spectre. Faptul este că în ingineria audio și nu numai, este obișnuit să funcționeze cu semnale sinusoidale. Ele se găsesc adesea în lumea înconjurătoare, deoarece un număr mare de sunete sunt create de vibrațiile anumitor obiecte. În plus, structura sistemului auditiv uman este perfect adaptată pentru a percepe oscilațiile sinusoidale.
Orice oscilație sinusoidală poate fi descrisă prin formula:

unde lungimea vectorului, amplitudinea oscilațiilor, este unghiul (faza) inițial al vectorului la timp zero, este viteza unghiulară, care este egală cu:

Este important ca, folosind suma semnalelor sinusoidale cu diferite amplitudini, frecvențe și faze, să fie posibil să se descrie semnale care se repetă periodic de orice formă. Semnalele ale căror frecvențe diferă de cea fundamentală de un număr întreg de ori se numesc armonice ale frecvenței inițiale. Pentru un semnal cu o frecvență de bază f, semnale cu frecvențe

vor fi chiar armonici, iar semnalele

armonice ciudate

Să desenăm un grafic al unui semnal din dinte de ferăstrău pentru claritate.

Pentru a-l reprezenta cu acuratețe prin armonici ar fi nevoie de un număr infinit de termeni.
În practică, un număr limitat de armonici cu cea mai mare amplitudine sunt utilizate pentru analiza semnalelor. Puteți vedea clar procesul de construire a unui semnal din dinte de ferăstrău din armonici în figura de mai jos.

Și iată cum se formează un meandre, precis la a cincizecea armonică...

Puteți citi mai multe despre armonice în minunatul articol habrahabr.ru/post/219337 al utilizatorului dlinyj, dar este timpul să trecem în sfârșit la distorsiuni.
Cea mai simplă metodă de evaluare a distorsiunii semnalului este de a aplica unul sau o sumă a mai multor semnale armonice la intrarea amplificatorului și de a analiza semnalele armonice observate la ieșire.
Dacă ieșirea amplificatorului conține semnale cu aceleași armonice ca și intrarea, distorsiunea este considerată liniară, deoarece se reduce la o modificare a amplitudinii și fazei semnalului de intrare.
Distorsiunea neliniară adaugă noi armonici semnalului, ceea ce duce la distorsiunea formei semnalului de intrare.

Distorsiune liniară și lățime de bandă.

Câştig LA Amplificatorul ideal nu depinde de frecvență, dar în viața reală acest lucru este departe de a fi cazul. Dependența amplitudinii de frecvență se numește răspuns amplitudine-frecvență - răspuns în frecvențăși este adesea reprezentat sub forma unui grafic, unde câștigul de tensiune este reprezentat vertical și frecvența pe orizontală. Să reprezentăm un grafic răspunsul în frecvență al unui amplificator tipic.

Răspunsul în frecvență este măsurat prin aplicarea secvențială a semnalelor de diferite frecvențe de un anumit nivel la intrarea amplificatorului și măsurarea nivelului semnalului la ieșire.
Gama de frecvente ΔF, în care puterea amplificatorului scade de cel mult două ori de la valoarea maximă este numită lățimea de bandă a amplificatorului.

Cu toate acestea, graficul prezintă de obicei câștigul în funcție de tensiune și nu de putere. Dacă notăm câștigul maxim de tensiune ca , atunci în lățimea de bandă coeficientul nu ar trebui să scadă mai mic decât:

Valorile frecvenței și nivelului semnalelor cu care funcționează ULF se pot schimba foarte semnificativ, prin urmare răspunsul în frecvență este de obicei reprezentat în coordonate logaritmice, uneori numite LFC.

Câștigul amplificatorului este exprimat în decibeli, iar frecvențele sunt reprezentate pe axa absciselor prin deceniu(intervalul de frecvență diferă de zece ori). Nu este adevărat că în acest fel graficul arată nu numai mai frumos, ci și mai informativ?
Amplificatorul nu numai că amplifică în mod neuniform semnale de diferite frecvențe, dar și schimbă faza semnalului cu valori diferite, în funcție de frecvența acestuia. Această dependență este reflectată de caracteristica fază-frecvență a amplificatorului.

La amplificarea oscilațiilor de o singură frecvență, acest lucru nu pare să fie înfricoșător, dar pentru semnale mai complexe duce la o distorsiune semnificativă a formei, deși nu generează noi armonici. Imaginea de mai jos arată cum este distorsionat un semnal cu frecvență duală.

Distorsiuni neliniare. KNI, KGI, TDH.

Distorsiunea neliniară adaugă semnalului armonici inexistente anterior și, ca rezultat, schimbă forma de undă originală. Poate cel mai evident exemplu de astfel de distorsiuni este limitarea de amplitudine a unui semnal sinusoidal, prezentată mai jos.

Graficul din stânga arată distorsiunile cauzate de prezența unei armonice par suplimentare a semnalului - limitând amplitudinea uneia dintre semi-undele semnalului. Semnalul sinusoidal original are numărul 1, a doua oscilație armonică este 2, iar semnalul distorsionat rezultat este 3. Figura din dreapta arată rezultatul celei de-a treia armonice - semnalul este „decupat” de ambele părți.

În epoca sovietică, se obișnuia să se exprime distorsiunea neliniară a unui amplificator folosind factorul de distorsiune armonică THD. S-a determinat astfel: la intrarea amplificatorului a fost furnizat un semnal de o anumită frecvență, de obicei 1000 Hz. Apoi a fost calculat nivelul tuturor armonicilor semnalului de ieșire. THD a fost considerat raportul dintre tensiunea rms a sumei armonicilor superioare ale semnalului, cu excepția primei, și tensiunea primei armonice - cea a cărei frecvență este egală cu frecvența semnalului sinusoidal de intrare.

Un parametru străin similar se numește distorsiune armonică totală pentru frecvența fundamentală.

Factor de distorsiune armonică (THD sau )

Această tehnică va funcționa numai dacă semnalul de intrare este ideal și conține doar armonica fundamentală. Această condiție nu poate fi întotdeauna îndeplinită, prin urmare, în practica internațională modernă, un alt parametru de evaluare a gradului de distorsiune neliniară - SOI - a devenit mult mai răspândit.

Analogul străin este distorsiunea armonică totală pentru pătratul mediu.

Distorsiunea armonică totală (THD sau )

SOI este o valoare egală cu raportul dintre suma pătratică medie a componentelor spectrale ale semnalului de ieșire care sunt absente în spectrul semnalului de intrare și suma pătratică medie a tuturor componentelor spectrale ale semnalului de intrare .
Atât THD, cât și THI sunt valori relative care sunt măsurate ca procent.
Valorile acestor parametri sunt legate de relația:

Pentru formele de undă simple, cantitatea de distorsiune poate fi calculată analitic. Mai jos sunt valorile THD pentru cele mai comune semnale din tehnologia audio (valorile THD sunt indicate în paranteze).

0% (0%) - forma de undă este o undă sinusoidală ideală.
3% (3%) - forma semnalului este diferită de cea sinusoidală, dar distorsiunea este invizibilă pentru ochi.
5% (5%) - abaterea formei semnalului de la sinusoidal, vizibilă pentru ochi pe oscilogramă.
10% (10%) - nivelul standard de distorsiune la care este luată în considerare puterea reală (RMS) a UMZCH este vizibil la ureche.
12% (12%) este un semnal triunghiular perfect simetric.
21% (22%) este un semnal „tipic” trapezoidal sau în trepte. 43% (48%) - un semnal dreptunghiular perfect simetric (meadru).
63% (80%) este un semnal ideal cu dinți de ferăstrău.

Chiar și acum douăzeci de ani, instrumente complexe și costisitoare au fost folosite pentru a măsura distorsiunea armonică a căii de joasă frecvență. Unul dintre ele SK6-13 este prezentat în figura de mai jos.

Astăzi, această sarcină este gestionată mult mai bine de o placă audio externă a computerului cu un set de software specializat, al cărui cost total nu depășește 500 USD.

Spectrul semnalului la intrarea plăcii de sunet la testarea unui amplificator de joasă frecvență.

Caracteristica de amplitudine. Foarte pe scurt despre zgomot și interferențe.

Dependența tensiunii de ieșire a amplificatorului de intrarea sa, la o frecvență fixă ​​a semnalului (de obicei 1000 Hz), se numește caracteristică de amplitudine.
Caracteristica amplitudinii a unui amplificator ideal este o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor, deoarece câștigul său este o valoare constantă la orice tensiune de intrare.
Răspunsul de amplitudine al unui amplificator real are cel puțin trei secțiuni diferite. În partea inferioară nu ajunge la zero, deoarece amplificatorul are propriul zgomot, care la niveluri scăzute de volum devine proporțional cu amplitudinea semnalului util.

În partea de mijloc (AB) caracteristica de amplitudine este aproape de liniară. Aceasta este zona de lucru, în limitele sale distorsiunea formei semnalului va fi minimă.
În partea superioară a graficului, caracteristica de amplitudine are și o îndoire, care se datorează limitării puterii de ieșire a amplificatorului.
Dacă amplitudinea semnalului de intrare este astfel încât amplificatorul să funcționeze pe secțiuni curbe, atunci apar distorsiuni neliniare în semnalul de ieșire. Cu cât neliniaritatea este mai mare, cu atât tensiunea sinusoidală a semnalului este mai distorsionată, adică Noi oscilații (armonici superioare) apar la ieșirea amplificatorului.

Zgomotul din amplificatoare vine în diferite tipuri și este cauzat din diferite motive.

Zgomot alb.

Zgomotul alb este un semnal cu densitate spectrală uniformă la toate frecvențele. În intervalul de frecvență de funcționare al amplificatoarelor de joasă frecvență, un exemplu de astfel de zgomot poate fi considerat zgomot termic, cauzat de mișcarea haotică a electronilor. Spectrul acestui zgomot este uniform pe un interval de frecvențe foarte larg.

Zgomot roz.

Zgomotul roz este cunoscut și sub denumirea de zgomot de pâlpâire. Densitatea spectrală de putere a zgomotului roz este proporțională cu raportul 1/f (densitatea este invers proporțională cu frecvența), adică este în scădere uniformă pe o scară de frecvență logaritmică. Zgomotul roz este generat atât de componentele electronice pasive, cât și de cele active, iar oamenii de știință încă se ceartă cu privire la natura originii sale.

Context din surse externe.

Una dintre principalele cauze ale zgomotului este fundalul indus de la surse străine, de exemplu de la o sursă de curent alternativ de 50 Hz. Are o armonică fundamentală de 50 Hz și multiplii săi.

Autoexcitare.

Autoexcitarea treptelor individuale de amplificare poate genera zgomot, de obicei de o anumită frecvență.

ULF și standarde de putere de ieșire acustică

Putere nominală

Analog occidental RMS(Root Mean Squared - rădăcină medie pătrată) În URSS, a fost definită de GOST 23262-88 ca valoarea medie a puterii electrice furnizate a unui semnal sinusoidal cu o frecvență de 1000 Hz, ceea ce provoacă o distorsiune neliniară a semnalului. depășirea unei valori specificate a distorsiunii armonice totale (THD). Indicat atât pentru difuzoare, cât și pentru amplificatoare. De obicei, puterea indicată a fost ajustată la cerințele GOST pentru clasa de complexitate a designului, cu cea mai bună combinație de caracteristici măsurate. Pentru diferite clase de dispozitive, SOI poate varia foarte semnificativ, de la 1 la 10 la sută. Se poate dovedi că sistemul este declarat la 20 de wați pe canal, dar măsurătorile au fost efectuate la 10% SOI. Drept urmare, este imposibil să ascultați acustica la această putere. Sistemele de difuzoare sunt capabile să reproducă un semnal la putere RMS pentru o perioadă lungă de timp.

Putere nominală de zgomot

Uneori numit și sinusoidal. Cel mai apropiat analog occidental DIN- puterea electrică limitată exclusiv de deteriorări termice și mecanice (de exemplu: alunecarea spirelor bobinei de la supraîncălzire, arderea conductoarelor la punctele de îndoire sau lipire, ruperea firelor flexibile etc.) când zgomotul roz este furnizat prin circuitul de corecție pt. 100 de ore. De obicei, DIN este de 2-3 ori mai mare decât RMS.

Putere maximă pe termen scurt

Analog occidental PMPO(Peak Music Power Output - putere de vârf de ieșire muzicală). - putere electrică pe care difuzoarele o pot suporta fără deteriorare (verificată prin absența zgomotului) pentru o perioadă scurtă de timp. Zgomotul roz este folosit ca semnal de testare. Semnalul este trimis la difuzor timp de 2 secunde. Testele sunt efectuate de 60 de ori la intervale de 1 minut. Acest tip de putere face posibilă evaluarea supraîncărcărilor pe termen scurt pe care le poate suporta un difuzor în situațiile care apar în timpul funcționării. De obicei de 10-20 de ori mai mare decât DIN. Care este beneficiul unei persoane să știe că sistemul său poate suporta o undă sinusoidală scurtă, mai puțin de o secundă, de joasă frecvență cu putere mare? Cu toate acestea, producătorilor le place foarte mult să afișeze acest parametru special pe ambalajele și autocolantele produselor lor... Cifrele uriașe pentru acest parametru se bazează adesea doar pe imaginația sălbatică a departamentului de marketing al producătorilor, iar aici chinezii sunt, fără îndoială, înaintea restul.

Putere maximă pe termen lung

Aceasta este puterea electrică pe care difuzoarele o pot rezista fără deteriorare timp de 1 minut. Testele se repetă de 10 ori cu un interval de 2 minute. Semnalul de testare este același.
Puterea maximă pe termen lung este determinată de o încălcare a rezistenței termice a difuzoarelor (alunecarea spirelor bobinei etc.).

Practica este cel mai bun criteriu al adevărului. Dezasamblare cu centrul audio

Să încercăm să aplicăm cunoștințele noastre în practică. Să aruncăm o privire la un magazin online foarte celebru și să căutăm un produs de la o companie și mai faimoasă din Țara Soarelui Răsare.
Da, un centru muzical cu design futurist este la vânzare pentru doar 10.000 de ruble. pentru următoarea promoție:
Din descriere aflăm că dispozitivul este echipat nu doar cu difuzoare puternice, ci și cu un subwoofer.

„Oferă o claritate superioară a sunetului la orice nivel de volum. În plus, această configurație ajută la crearea sunetului bogat și spațios.”

Fascinant, poate că merită să te uiți la parametri. „Centrul conține două difuzoare frontale, fiecare cu o putere de 235 de wați și un subwoofer activ cu o putere de 230 de wați.” Mai mult, dimensiunile primelor sunt de doar 31*23*21 cm
Da, acesta este un fel de Privighetoarea Tâlharul, atât prin puterea vocii, cât și prin mărime. În 1996, mi-aș fi oprit cercetările în acest moment, iar mai târziu, uitându-mă la S90-ul meu și ascultând un amplificator Ageev de casă, aș fi discutat energic cu prietenii cât de departe era de japonez industria noastră sovietică - cu 50 de ani sau încă pentru totdeauna. Dar astăzi, odată cu disponibilitatea tehnologiei japoneze, situația este mult mai bună și multe mituri asociate cu aceasta s-au prăbușit, așa că înainte de a cumpăra vom încerca să găsim date mai obiective privind calitatea sunetului. Nu există niciun cuvânt despre asta pe site. Cine s-ar îndoi de asta! Dar există un manual de instrucțiuni în format pdf. Descărcați și continuați căutarea. Printre informațiile extrem de valoroase că „licența pentru tehnologia de codificare audio a fost obținută de la Thompson” și care ajung să introducă bateriile cu dificultate, dar se poate găsi ceva asemănător parametrilor tehnici. Informații foarte rare sunt ascunse în profunzimile documentului, spre final.
O citez textual, sub formă de captură de ecran, pentru că, începând din acel moment, am început să am întrebări serioase, atât despre cifrele date, în ciuda faptului că erau confirmate printr-un certificat de conformitate, cât și despre interpretarea lor.
Cert este că chiar mai jos scria că puterea consumată din rețeaua de curent alternativ a primului sistem este de 90 de wați, iar al doilea este în general de 75. Hmm.

A fost inventată o mașină cu mișcare perpetuă de al treilea fel? Sau poate sunt baterii ascunse în corpul centrului muzical? Nu arată așa - greutatea declarată a dispozitivului fără acustică este de doar trei kilograme. Apoi, cum se poate consuma 90 de wați din rețea, puteți obține o putere de 700 de wați misterioși (de referință) sau cel puțin un jalnic, dar destul de tangibil 120 nominal. La urma urmei, amplificatorul trebuie să aibă o eficiență de aproximativ 150 la sută, chiar și cu subwoofer-ul oprit! Dar, în practică, acest parametru depășește rareori bara de 75.

Să încercăm să aplicăm în practică informațiile obținute din articol.

Puterea declarată pentru referință este 235+235+230=700 - acesta este în mod clar PMPO. Există mult mai puțină claritate la valoarea nominală. Prin definiție aceasta este putere nominală, dar nu poate fi 60+60 doar pentru două canale principale, excluzând subwooferul, cu un consum nominal de putere de 90 wați. Acest lucru seamănă din ce în ce mai mult nu cu un truc de marketing, ci cu o minciună. Judecând după dimensiuni și regula nerostită, raportul dintre RMS și PMPO, puterea nominală reală a acestui centru ar trebui să fie de 12-15 wați pe canal, iar totalul nu ar trebui să depășească 45. Apare o întrebare firească - cum puteți avea încredere în Datele de pașapoarte ale producătorilor taiwanezi și chinezi, când chiar și bine-cunoscutul japonez Compania permite acest lucru?
Dacă să cumperi sau nu un astfel de dispozitiv, depinde de tine. Dacă este pentru a-ți enerva vecinii de la țară dimineața, da. Altfel, fără să ascult mai întâi mai multe piese muzicale din genuri diferite, nu l-aș recomanda.

Un ibric de gudron într-un borcan cu miere.

S-ar părea că avem o listă aproape exhaustivă de parametri necesari pentru a evalua puterea și calitatea sunetului. Dar, la o atenție mai atentă, acest lucru se dovedește a fi departe de cazul, din mai multe motive:

• Mulți parametri sunt mai potriviți nu atât pentru o reflectare obiectivă a calității semnalului, cât pentru confortul măsurării. Cele mai multe sunt efectuate la o frecvență de 1000 Hz, ceea ce este foarte convenabil pentru obținerea celor mai bune rezultate numerice. Este situat departe de frecvența de fond a rețelei electrice la 50 Hz și în partea cea mai liniară a intervalului de frecvență al amplificatorului.
• Producătorii comit adesea păcatul de a ajusta în mod deschis caracteristicile amplificatorului la teste. De exemplu, chiar și în timpul Uniunii Sovietice, ULF-urile au fost adesea proiectate în așa fel încât să ofere cel mai bun indicator THD, cu puterea maximă de ieșire pe plăcuța de identificare. În același timp, la jumătatea nivelului de putere, amplificatoarele push-pull prezentau adesea o distorsiune asemănătoare treptei, motiv pentru care coeficientul de distorsiune armonică din poziția de mijloc a butonului de volum ar putea depăși scala de peste 10%!
• Fișele tehnice și instrucțiunile de operare conțin adesea caracteristici false, absolut inutile, de tip PMPO. În același timp, nu este întotdeauna posibil să se găsească nici măcar parametri de bază, cum ar fi domeniul de frecvență sau puterea nominală. Nu este nimic de spus despre răspunsul în frecvență și răspunsul de fază!
• Parametrii sunt adesea măsurați folosind metode distorsionate în mod deliberat.

Nu este de mirare că mulți cumpărători cad în subiectivitate în astfel de condiții și își concentrează achizițiile, în cel mai bun caz, doar pe rezultatele unei scurte sesiuni de ascultare și, în cel mai rău caz, pe preț.

E timpul să închei, articolul este deja prea lung!

Vom continua conversația despre evaluarea calității și cauzele distorsiunii amplificatoarelor de joasă frecvență în articolul următor. Înarmat cu o cantitate minimă de cunoștințe, puteți trece la subiecte atât de interesante precum distorsiunea intermodulației și relația acesteia cu profunzimea feedback-ului!

În încheiere, aș dori să-mi exprim sincera recunoștință lui Roman Parpalak parpalak pentru proiectul său de editor online cu suport pentru latex și markdown. Fără acest instrument, munca deja dificilă de introducere a formulelor matematice în text ar deveni cu adevărat infernală.

Cursul 9.

Principalii parametri și caracteristici ale amplificatorului:

1. Rin =U 1 /I 1. – rezistenţa de intrare.

La frecvențe joase – activ. Depinde de frecventa.

La frecvențe înalte este complex.

2. R out =U 2 xx/I 2 scurt. (xx-repaus, scurtcircuit).

3. K – câștig, de câte ori semnalul de ieșire este mai mare decât semnalul de intrare.

a) K u =U 2 m /U 1 m – prin tensiune.

b) K I =I 2 m /I 1 m – prin curent.

c) K p =P 2 /P 1 – după putere.

Câștigul este o mărime adimensională și uneori este exprimat în unități logaritmice relative numite decibeli.

Când un amplificator este expus la un semnal armonic, câștigul acestuia se dovedește a fi dependent de frecvență și este exprimat analitic printr-o funcție complexă a coeficientului de transmisie, care se numește răspuns în frecvență.

Coeficient de transmisie complex.

4. Dependența coeficientului de transmisie de frecvență – răspuns în frecvență.

Răspuns în frecvență: K (j w) = (0

Răspuns de fază: j (j w) =j 2 -j 1 (0

Grafice amplificatoare:

Un amplificator ideal ar trebui să aibă un câștig K 0 pe întreaga gamă de frecvență, dar într-un amplificator real câștigul variază.

Răspunsul de fază indică faptul că la frecvențe joase defazarea este pozitivă, iar la frecvențe înalte există o întârziere (adică negativă).

Amplitudinea caracteristică a amplificatorului.

U out =f(U in.m);

Caracteristica de amplitudine.

1. Diferențele în regiunea de amplitudini mici ale semnalului de intrare sunt că, în absența unui semnal de intrare, există un anumit semnal la ieșire. Apare din cauza prezenței interferențelor electromagnetice și a zgomotului intrinsec la intrarea amplificatorului

2. În regiunea amplitudinilor mari, diferențele sunt asociate cu neliniaritatea caracteristicilor curent-tensiune ale elementelor active.

Principalii parametri determinați din caracteristica de amplitudine provin din caracteristica curent-tensiune:

A. - intervalul dinamic al amplificatorului. Cu cât D este mai mare, cu atât este mai bună calitate.

B. Sensibilitate. Există două sensibilități:

1.) Rated – valoarea semnalului de intrare la care este furnizată puterea nominală la ieșire.

2).Threshold - semnalul de intrare minim la care semnalul de ieșire este determinat în mod unic deasupra nivelului de zgomot al amplificatorului.

Sensibilitatea pragului este determinată atunci când:

Distorsiunea semnalului în amplificatoare.

Pentru un amplificator liniar ideal, formele de undă de intrare și de ieșire trebuie să se potrivească. Acest lucru nu se întâmplă la amplificatoarele reale. Orice abatere a formei semnalului de ieșire de la forma sa de intrare este o distorsiune creată de amplificator.

Există distorsiuni:

1.Liniar;

2. Neliniar.

Distorsiunea neliniară reprezintă modificări ale formei semnalului de ieșire care apar din cauza neliniarității caracteristicilor curent-tensiune ale metalelor active. Distorsiunile neliniare sunt cuantificate prin factorul de distorsiune neliniară (THD).

Există două tipuri de distorsiuni liniare:

A. Frecvență;

b. Fază;

Distorsiunea de frecvență este asociată cu prezența în circuitul amplificator a elementelor reactive și a diferitelor componente armonice care apar din cauza amplificării inegale.

Distorsiunea de fază apare din cauza defazajului inegal al diferitelor componente armonice. Motivul pentru aceasta este prezența elementelor reactive în circuitul amplificatorului.

Eficiența amplificatorului.

Eficiența joacă un rol important în amplificatoarele de putere.

Clasificarea amplificatoarelor.

Amplificatoarele pot fi clasificate după mai multe criterii:

1. În funcție de lățimea de bandă și valoarea absolută a frecvențelor amplificate, amplificatoarele sunt împărțite în amplificatoare de curent continuu și amplificatoare de curent alternativ. Amplificatoarele AC sunt la rândul lor împărțite în amplificatoare de joasă frecvență, amplificatoare de bandă largă și amplificatoare selective.

A. Amplificatoarele de curent continuu sunt capabile să amplifice atât componentele de curent alternativ, cât și cele de curent continuu ale unui semnal. Au f n =0;

b. Amplificatoare AC - capabile să amplifice doar componentele alternative ale semnalului. Fn >0.

V. Amplificatoare de joasă frecvență - amplificatoare de frecvență audio - f n »50 Hz, f v »20 kHz;

d. Amplificatoarele selective sunt proiectate pentru a amplifica semnalele electrice pe o gamă de frecvență relativ îngustă. Pentru ei

2. După natura semnalului de intrare:

A. Amplificatoare de semnal continuu;

b. Amplificatoare de semnal cu impulsuri.

3. După tipul de elemente active utilizate:

A. Lampă;

b. Pe tranzistoare bipolare;

V. Pe tranzistoare cu efect de câmp;

g. Pe diode de tunel;

d. Elemente parametrice. Elementul activ din ele este inductanța și capacitatea, ele pot amplifica semnalul electric.

4. După numărul de trepte de amplificare:

O etapă de amplificare este un set de elemente capabile să amplifice semnale electrice.

A. o singură etapă;

b. În mai multe etape.

5. După tipul de conexiune între cascade:

A. Amplificatoare cu cuplare galvanică directă între trepte:

B. Comunicare între amplificatoare prin intermediul unui element RC:

B. Amplificatoare cuplate cu transformator:

Cuplajul transformatorului asigură izolarea galvanică între trepte.

D. Amplificatoare cu cuplaj optoelectronic:

Asigura izolare galvanica intre trepte si in acelasi timp asigura transmisia completa a semnalului de la o treapta la alta de-a lungul componentelor variabile si constante.

Amplificatoare cu mai multe trepte.