• Lineární a nelineární zkreslení v zesilovačích. Zkreslení signálu v zesilovačích elektrického signálu

    Lineární zkreslení nenarušují poměry amplitud v zesíleném signálu. Pokud je v zesilovači lineární zkreslení signálu, nedochází k žádnému zkreslení amplitudové charakteristiky. Lineární zkreslení však samozřejmě zkresluje zesílený signál. Tato zkreslení jsou spojena s nerovnoměrnými amplitudově-frekvenčními charakteristikami zesilovače a nelinearitou jeho fázově-frekvenčních charakteristik. V tomto ohledu se lineární zkreslení často nazývá frekvenční zkreslení. Hlavním rysem lineárních zkreslení je, že nezpůsobují výskyt nových složek ve spektru výstupního signálu. Vlivem lineárních zkreslení se mohou pouze měnit úrovně jeho jednotlivých spektrálních (frekvenčních) složek.

    Protože lineární zkreslení obvykle způsobují porušení amplitudově-frekvenční charakteristiky, je jejich velikost zpravidla určena přesně metodou studia této charakteristiky zesilovače. Přesto, jak bylo uvedeno výše, lineární zkreslení může být způsobeno i porušením linearity fázově-frekvenční charakteristiky zesilovače, což se projevuje nestejnou dobou šíření různých frekvenčních složek zesilovaného signálu. Reproduktor se systémem děleného spektra zvukový signál a analogové magnetofóny tento jev dobře demonstrují.

    Nelineární zkreslení - změny tvaru kmitání, vlivem nelineárního průběhu průchozí přenosové charakteristiky. Míra projevu těchto zkreslení závisí především na úrovni signálu, přičemž zkreslení zpravidla platí, že čím větší, tím větší je tato úroveň. Hlavní rozdíl nelineární zkreslení z lineárního (frekvenčně-přechodného a fázově-frekvenčního) je, že výskyt nelineárních zkreslení je doprovázen výskytem nových přídavných složek ve spektru výstupního signálu.

    Jednou z nejdůležitějších charakteristik cest zvukového inženýrství jsou údaje o mezní hodnotě výkonu výstupního signálu, při které nelineární zkreslení nepřekračuje povolenou úroveň.

    Zkreslení amplitudových charakteristik zesilovače vede k výrazným zkreslením amplitudových poměrů v zesíleném signálu a může způsobit výrazné změny jeho tvaru. Na rozdíl od lineárních zkreslení vedou nelineární zkreslení vždy k výskytu dalších spektrálních (frekvenčních) složek ve výstupním signálu, které ve vstupním signálu chybí. Pokud lineární zkreslení mění hlavně barvu zvuku, pak je projev nelineárních zkreslení ještě škodlivější, protože vedou k významným změnám zesíleného signálu. Příkladem záměrného použití nelineárních zkreslení je zkreslení zařízení pro zpracování signálu, overdrive, fuzz.

    3.Metody měření lineárního zkreslení v reproduktorech: frekvenční charakteristika, fázová charakteristika. Základní parametry (efektivně reprodukovatelný frekvenční rozsah, charakteristická citlivost, nerovnoměrnost atd.)

    Při přenosu signálů všemi částmi cest zvukového záznamu a přenosu zvuku (včetně reproduktorů) různé druhy zkreslení způsobená zvláštnostmi elektromechanických, mechanoakustických a jiných procesů konverze signálu.

    Tato zkreslení lze rozdělit na lineární a nelineární.

    Lineární zkreslení mění amplitudové a fázové vztahy mezi jednotlivými spektrálními složkami signálu a díky tomu mohou měnit jeho časový tvar, ale nezavádějí nové spektrální složky a nezávisí na úrovni vstupní signál.

    Nelineární zkreslení se vyznačují tím, že se ve spektru výstupního signálu objevují nové spektrální složky, které mění časovou strukturu signálu v závislosti na jeho úrovni.

    Ve všech reproduktorech dochází k lineárnímu i nelineárnímu zkreslení hudebních a řečových signálů.

    Protože lineární zkreslení měnit amplitudové a fázové vztahy mezi jednotlivými spektrálními složkami signálu, pak se pro určení velikosti lineárního zkreslení používají pojmy AFC (amplitudově-frekvenční odezva) a PFC (fázově-frekvenční odezva).

    Fázově-frekvenční odezva (PFC) je frekvenční závislost fázového rozdílu mezi vstupními a výstupními signály.

    Fázová odezva ukazuje, jak se mění fázový posun mezi vstupními a výstupními harmonickými signály, když se frekvence mění od nuly do nekonečna.

    Jednou z metod pro stanovení fázově-frekvenčních charakteristik je např experimentální:

    1. Na vstup systému je přiveden harmonický sinusový signál, jehož frekvence (omega celková) se v daném rozsahu mění;

    2. Měřeno pro každou frekvenci, fázový posun (fito) mezi vstupními a výstupními signály

    3. Změnou frekvence z nuly na největší hodnotu, vytvořte graf:

    Amplitudo-frekvenční charakteristika (AFC) - závislost hladiny akustického tlaku na frekvenci. Typicky se měření frekvenční odezvy provádí ve speciálních tlumených komorách, jejichž povrchová úprava může výrazně snížit vliv odrazů. Jako měřicí signál se používá sinusový nebo šumový signál. Nyní je však široce používán digitální metody měření v nerušených místnostech na impulsních signálech, což umožňuje získat trojrozměrné spektrum ( pokud se náhle zeptají (jinak je lepší se nezmiňovat): spektrum (vědecky se tomu říká „amplitudové spektrum“, protože existuje také „fázové spektrum“) - jedná se o soubor vlastních frekvencí a amplitud vibrací, které jsou v daném těle vybuzeny, když na něj působí vnější síla;

    - efektivně reprodukovaný frekvenční rozsah- rozsah, ve kterém je hladina akustického tlaku snížena o určitou danou hodnotu ve vztahu k průměrné hladině akustického tlaku zprůměrované v určitém frekvenčním rozsahu (v nejlepší modelyřídicí jednotky, dosahuje 20 ... 20 000 Hz s poklesem o 3 dB na nízkých a vysokých frekvencích);

    - charakteristická citlivost- poměr průměrného akustického tlaku vyvinutého reproduktorovou hlavou v daném frekvenčním rozsahu (obvykle 100 ... 8000 Hz) na pracovní ose ve vzdálenosti 1 m se vstupem elektrická energie 1 W (v závislosti na aplikaci se pohybuje v následujících limitech: reproduktorové hlavy pro domácí akustické systémy - 86 ... 89 dB / W / m, pro studiové jednotky - 92 ... 94 dB / W / m, pro koncert a divadelní zařízení - 98...102 dB/W/m).

    - nerovnoměrná frekvenční odezva- rozdíl mezi maximální hodnota hladina akustického tlaku a minimum, nebo mezi maximem a průměrem v rámci efektivně reprodukovaného frekvenčního rozsahu (v modern akustické systémy tato hodnota je +/-1 dB);

    Vlastností nelineárního zkreslení je takové zkreslení fo rms signálu, při kterém se v jeho spektru objevují nové frekvenční složky.

    Nelinearita zesilovače je způsobena jeho přítomností nelineární prvky(tranzistory, lampy, transformátory, diody). Nelineární prvek obsahuje nelineární parametry (vstupní odpory tranzistorů, diod, dynamická magnetická permeabilita materiálu jádra transformátoru).

    Nelineární zkreslení se odhadují na základě dynamické charakteristiky, což je vztah mezi okamžitými hodnotami proudů nebo napětí na výstupu a vstupu zesilovače. Dynamická charakteristika je určena pro velké meze změny signálu, vedoucí ke vstupu do oblasti nelineárních závislostí mezi napětími a proudy.

    Existují následující typy dynamických charakteristik:

    • 1. Typ výstupní dynamické charakteristiky
    • 2. Vstupní typ dynamické odezvy
    • 3. Dynamická charakteristika typu pass
    • 4. Prostřednictvím dynamické odezvy typu

    Zde i 2 a u 2 - okamžité hodnoty proudů a napětí na výstupu, i 1 a u 1 - okamžité hodnoty proudů a napětí na vstupu, e 1 - zdroj emf signálů na vstupu zesilovače.

    Jako příklad uvažujme typickou průtočnou charakteristiku často používanou k výpočtu nelineárních zkreslení (obr. 1.14, a).

    Rýže. 1.14.

    a) skutečné b) ideální

    Dynamická charakteristika odpovídající nepřítomnosti zkreslení vneseného zesilovačem je znázorněna na Obr. 1,14, a.

    Když se dynamická charakteristika odchyluje od přímky, dochází k nelineárním zkreslením. Hlavní nelineární zkreslení jsou zaváděny koncovými a předkoncovými kaskádami, ve kterých aktivní zesilovací prvky pracují v režimu velkého signálu.

    Metody kvantifikace nelineární zkreslení

    Velikost nelineárního zkreslení lze určit:

    • 1. přímo ve formě dynamické charakteristiky;
    • 2. podle spektra nelineárních zkreslení (harmonické, kombinační frekvence).

    Při posuzování nelineárních zkreslení podle prvního způsobu používaného v televizi je velikost zkreslení určena poměrem průměrné změny strmosti dynamické charakteristiky, ke které dochází při kolísání napětí signálu v rozmezí od u 1 max. u 1 min k počáteční hodnotě sklonu při u 1 0 rovné tg, což odpovídá koeficientu nelineárního zkreslení

    Výše uvedené je vysvětleno na obrázku 1.15.

    Rýže. 1.15.

    Při posuzování nelineárních zkreslení podle druhé metody je třeba předpokládat, že:

    • a) vstupní signál je ustálené harmonické kmitání o určité frekvenci;
    • b) vstupním signálem jsou ustálené periodické kmity složitého tvaru.

    Případy (a) a (b) se výrazně liší jak povahou výsledných nelineárních zkreslení, tak i ve vztahu k metodice jejich výpočtu a měření.

    V případě (a) se v důsledku nelinearity zesilovače kromě kmitů s frekvencí signálu na vstupu tvoří kmity harmonických s frekvencemi atd. V tomto případě je velikost nelineárního zkreslení určena harmonickým koeficientem K r, což je poměr celkové efektivní hodnoty napětí (nebo proudu) harmonických k napětí (nebo proudu) základní frekvence. .

    Faktor harmonického zkreslení se obvykle vyjadřuje v procentech takto:

    Je zřejmé, že hodnota Kr se nemění, pokud místo toho efektivní hodnoty napětí nebo proudy, dosaďte do těchto výrazů jejich hodnoty amplitudy. Při čistě aktivním charakteru zatěžovacího odporu zesilovače má harmonický koeficient zjištěný ze výrazů (1.13) a (1.14) stejnou hodnotu, protože napětí a proudy všech harmonických jsou propojeny konstantní hodnotou odporu. Při komplexní povaze zatěžovacího odporu se hodnoty Kg zjištěné z uvedených výrazů ukazují být odlišné a měly by být použity (1.13) nebo (1.14) v závislosti na tom, co je v daném případě významné. zvažované - nelineární zkreslení napětí nebo proudu.

    V každém případě lze harmonický faktor vyjádřit poměrem celkového harmonického výkonu k výkonu základní frekvence, tzn.

    Přípustná hodnota harmonického koeficientu pro zesilovače zvukové frekvence se v závislosti na kvalitě odpovídající přehrávací cesty pohybuje od 0,1 % do (3 ... 5) %. Zvláště přísné požadavky na nelineární zkreslení jsou kladeny na zesilovače měřicích zařízení (Kg řádově setiny a tisíciny procenta). V televizní zesilovače nelineární zkreslení, vedoucí ke změně poměru jasu, může být značné (Kg = 10 ... 15 %), aniž by to významně ovlivnilo kvalitu obrazu. Totéž platí pro pulsní zesilovače, které také využívají v některých případech omezení signálů na maximum.

    Hlavním ukazatelem kvality zesilovače je přesnost reprodukce formy zesíleného signálu. V ideálním zesilovači by měl výstupní průběh přesně odpovídat vstupnímu průběhu. Odchylka tvaru výstupního signálu od tvaru signálu přivedeného na jeho vstup se nazývá zkreslení . V zesilovačích existují dva typy zkreslení – lineární a nelineární. Oba typy zkreslení mění tvar vstupního signálu, ale důvody jejich vzhledu jsou různé.

    Lineární zkreslení jsou způsobeny závislostí modulu napěťového nebo proudového zesílení, jakož i fázového posunu mezi vstupními a výstupními hodnotami, na frekvenci vstupního signálu. Lineární zkreslení lze rozdělit na frekvenční a fázové.

    Tvar komplexního signálu na výstupu zesilovače pracujícího v lineární režim, se bude lišit od vstupu, pokud jsou harmonické složky vstupního signálu v zesilovači zesíleny odlišně a také pokud jsou fázové posuny zavedené zesilovačem pro jednotlivé harmonické složky odlišné. Změny ve tvaru výstupního signálu způsobené těmito příčinami se nazývají frekvenční a fázové zkreslení.

    Frekvenční zkreslení - jedná se o zkreslení v důsledku změny hodnoty zesílení na různých frekvencích. Ideální frekvenční odezva by měla mít stejný zisk v celém pracovním frekvenčním rozsahu. Reálná charakteristika má „blokády“ na frekvencích blízkých hranicím provozního frekvenčního rozsahu. Snížení zisku o nižší frekvence se vysvětluje nárůstem kapacitní izolační kondenzátory

    jak frekvence signálu klesá.

    Pro kvantifikaci frekvenční zkreslení použití faktor zkreslení frekvence (M), rovnající se poměru zisku na středních frekvencích (Kcf) k zisku na dané frekvenci (K¦):

    M = K cf / K¦.

    Protože největší frekvenční zkreslení jsou na hranicích pracovního rozsahu, pak při výpočtu zesilovače jsou koeficienty frekvenčních zkreslení nastaveny na nejnižší a vyšší frekvence, tj.

    M n \u003d K cf / Kn a M in \u003d K cf / Kin.

    Frekvenční zkreslení v zesilovači je vždy doprovázeno výskytem fázového zkreslení. Při zesilování sinusového signálu konstantní frekvencí nehraje lineární zkreslení velkou roli: na jedné konkrétní frekvenci lze vždy dosáhnout dostatečného zesílení a kompenzovat fázové posuny. Problém lineárního zkreslení nastává, když má signál složitý tvar. Pro takový signál nejsou fázově-frekvenční zkreslení o nic menší a často významnější než amplitudově-frekvenční.

    Fázová zkreslení neovlivňují spektrální složení a poměr amplitud harmonických složek komplexního signálu, ale způsobují změnu jeho tvaru v důsledku různých fázových posunů, ke kterým dochází v jednotlivých složkách signálu po průchodu zesilovačem.

    Vliv fázového zkreslení na tvar signálu sestávajícího ze dvou harmonických je zjednodušeně vysvětlen na Obr. 6.7, a a b. Konstrukce byla provedena za podmínky, že zesílení nezávisí na frekvenci, ale pro druhou harmonickou zesilovač zavádí fázový posun o úhel φ = π/4. Z grafu (obr. 6.7, b) je vidět, že tvar výstupního signálu je velmi odlišný od tvaru vstupního, proto velká fázová zkreslení, neméně výrazně než frekvenční, ovlivňují kvalitu zesilovače. .

    Při absenci relativního harmonického posunu nedochází k žádnému fázově-frekvenčnímu zkreslení. K tomu musí být splněna následující podmínka:

    Tato podmínka je splněna, pokud je fázová odezva lineární (obr. 6.7, c):

    Na rozdíl od lineárního zkreslení, nelineární zkreslení v zesilovačích jsou způsobeny přítomností nelineárních prvků, především tranzistorů, ale i dalších

    Nelineární zkreslení se nazývá zkreslení signálu kvůli nelinearitě vztahu mezi sekundárním a primárním signálem stacionární režim. V důsledku nelineárních bez setrvačných zkreslení vstupního signálu sinusového tvaru se získá výstupní signál komplexního tvaru y = y0 + v1x + v2x2 + v3x3 + ... kde: x - vstupní hodnota; y0 - konstantní složka; v1 - lineární zisk; v2, v3 ... - koeficienty nelineárních zkreslení.

    V systému s nelineárním přenosová charakteristika existují spektrální složky, které nebyly na vstupu - produkty nelinearity. Když je na vstup takového systému přiveden signál s jednou frekvencí f1, objeví se na výstupu součástky s frekvencemi f1, 2f1, 3f1 atd. Pokud je na vstup přiveden signál skládající se z více frekvencí f1, f2, f3, ..., pak na výstupu systému kromě harmonických složek vznikají tzv. „kombinační složky“ s frekvencemi n1f1 ± n2f2. Dodatečně se objeví ± n3f3 ± ..., kde n=1, 2, 3, ... Při aplikaci zvuků se spojitým spektrem se získá také spojité spektrum, ale se změněným tvarem obálky spektra.

    Je zvykem hodnotit nelineární zkreslení koeficientem nelineárních zkreslení, což je poměr efektivních hodnot harmonických k efektivní hodnotě celkového výstupního signálu a měří se v procentech. Zde An jsou amplitudy složek s frekvencemi nf. Zjednodušený vzorec uvedený poblíž platí pro případy, kdy jsou zkreslení malá (K<=10%). Различают два типа нелинейности: степенную и нелинейность из-за ограничения амплитуды. Последняя делится на ограничение сверху и ограничение снизу (центральное). При первом виде ограничения искажаются только громкие сигналы, при втором - все сигналы, но более слабые искажаются сильнее, чем громкие. Нелинейность искажения гармонического вида и комбинационных частот ощущается как дребезжание, переходящее в хрипы при значительном искажении на высоких частотах. Нелинейные искажения в виде разностных комбинационных частот вызывают ощущение модуляции передачи. При сужении полосы частот нелинейные искажения становятся менее заметными. Линейные искажения изменяют амплитудные и фазовые соотношения между имеющимися спектральными компонентами сигнала и за счет этого искажают его временную структуру. Такие изменения воспринимаются как искажения тембра или «окрашивание» звука.
    Při přenosu zvuku musí být zachovány primární vztahy mezi frekvenčními složkami zvuku. V tomto ohledu se kvalita jakékoli části zvukového kanálu odhaduje podle jeho amplitudově-frekvenční (zkrácené frekvence) charakteristiky, která je často označována zkratkou AFC. Frekvenční odezva je chápána jako graf závislosti koeficientu přenosu na frekvenci signálů přiváděných na vstup daného úseku kanálu nebo samostatného audio zařízení. Zesílení je poměr velikostí signálů na vstupu zesilovače a jeho výstupu.
    Frekvenční charakteristika přenosové cesty (frekvenční závislost zisku) mění vztah mezi amplitudami frekvenčních složek. To má za následek subjektivní pocit změny zabarvení. Indikátorem stupně frekvenčního zkreslení, ke kterému dochází v libovolném zařízení, je nerovnoměrnost jeho amplitudově frekvenční charakteristiky, kvantitativním ukazatelem na libovolné konkrétní frekvenci spektra signálu je koeficient frekvenčního zkreslení.

    Nelineární zkreslení jsou způsobena nelinearitou systému zpracování a přenosu signálu. Tato zkreslení způsobují složky ve frekvenčním spektru výstupního signálu, které nejsou přítomny ve vstupním signálu. Nelineární zkreslení jsou změny tvaru kmitů procházejících elektrickým obvodem (například zesilovačem nebo transformátorem), způsobené disproporcionalitou mezi okamžitými hodnotami napětí na vstupu tohoto obvodu a na jeho výstupu. K tomu dochází, když je charakteristika výstupního napětí nelineární se vstupním napětím. Kvantitativně se nelineární zkreslení odhadují pomocí koeficientu nelineárních zkreslení nebo harmonického koeficientu. Typické hodnoty THD: 0 % - sinusoida; 3% - forma blízká sinusoidě; 5 % - tvar blízký sinusoidě (tvarové odchylky jsou již viditelné okem); až 21 % - lichoběžníkový nebo stupňovitý signál; 43 % je obdélníkový signál.

    Víte, opravdu chci poslouchat hudbu v dobré kvalitě. "Balalajky" s překližkovým zvukem mohou vyhovovat pouze ve věku základní školy, ačkoli medvěd chodí po uších bez ohledu na věkovou kategorii. Myslím, že většina z těch, kteří otevírají tento článek, se kdysi zajímala o reproduktory a zesilovače a tento pohár mě neminul. Bohužel nejsem v této oblasti profesionál, takže úsudky v článku nemusí být příliš úspěšné a značnou část z nich tvoří moje osobní postřehy, a proto byste to, co zde bylo řečeno, neměli považovat za konečnou pravdu.

    Lampy, měď bez kyslíku atd.

    Milovníci akustiky se dělí do dvou (spíše tří) kategorií – technici a „posluchači“. První rozumí pouze číslům, druhý neuznává digitální cvičení a vznáší se na oblacích subjektivního názoru... Proti prvnímu a druhému nic nemám, je to prostě hloupost. Problémy s reprodukcí zvuku mají velmi konkrétní technická vysvětlení a pouze neschopnost jim porozumět dává vzniknout fámám a pověrám. Abych však nedráždil zapálené představitele druhé kategorie, žádám je, aby tento článek okamžitě uzavřeli – jen vám zničí nervy. Hříšný, nezasahuj do božské prozřetelnosti.

    Ve zbytku pokračujme. Ach ano, chyběla mi třetí kategorie. Bohužel nebyly žádné články o vysoce kvalitní reprodukci a neexistují a propaganda „trubkového zvuku“ nekončí, což vede k neustálému doplňování specialistů třetí kategorie. Pánové častěji vytřepávejte nudle z uší, to už je dávno byznys, ve kterém se vraždí peníze, řečeno terminologií takových byznysmenů. Dělejte svá vlastní rozhodnutí. A nikomu nevěř, hlavně mně.

    Faktory ovlivňující kvalitu zvuku

    Zkusme přijít na to, co ovlivňuje kvalitu zvuku. Přesněji, co to kazí. Článek bude hovořit o zesilovači, takže nebudeme brát v úvahu efemérní faktory.

    Chcete přirozený zvuk? Je jen jedna cesta – jít na akustický koncert. Dobrý sál, výborní umělci - jen to může vytvořit pověst. Když uslyšíte správný zvuk, pochopíte, jak hloupí jsme s těmito "balalajkami". Nicméně ... ale ne, promiň, opakuji - běž na normální koncert. Bez toho se člověk nenaučí rozumět zvuku, mozek prostě nemá s čím srovnávat.

    Ale nejsem zpěvák, takže přejdeme rovnou k technice. Existuje mnoho způsobů, jak zvuk zničit a ignorování jakékoli maličkosti povede k fiasku. Proto nelze jen tak sednout a připájet běžný zesilovač (i když je to opravdu kvalitní zařízení) - problémy se řeší jeden po druhém a cesta ke kvalitnímu zvuku je velmi dlouhá a klikatá. Zkusme se vypořádat s hlavními mylnými představami a atavismy, z technického hlediska

    Obvykle lze „problémy“ rozdělit do následujících skupin:
    1. Zkreslení signálu v zesilovači.
    2. Připojení k zátěži.
    3. Vliv zatížení.
    4. Impedance zesilovače a výkon reproduktoru.

    Ve skupinách jsou typy a mají své vlastní nuance, takže konverzace bude dlouhá, udělejte si pohodlí, začněme.

    Zkreslení signálu v zesilovači

    Zkreslení jsou buď lineární nebo nelineární. První je prostě změna frekvenčního spektra signálu bez zkreslení jeho tvaru, tedy banální nárůst nebo pokles v některých frekvenčních pásmech. Ve skutečnosti i změna spektra mění tvar signálu, takže definice není úplně správná. Nelineární zkreslení je zavedením toho, co tam původně nebylo, rozšířením jeho spektra do signálu. Nemusíte se obávat lineárního zkreslení, v zesilovači s tím nejsou žádné zvláštní problémy, ale nelineární způsobují potíže a jasně kazí vnímání zvukového obrazu.

    Typy zkreslení:
    1. Nelineární zkreslení.
    2. Omezení úrovně.
    3. Intermodulace.
    4. Přepínání.
    5. Dynamický.
    6. Sebebuzení.

    Nelineární zkreslení

    Zvukový signál prochází zesilovačem, zvyšuje se jeho amplituda a je zkreslený. Nic není dokonalé, užitečný signál bude jistě obsahovat to, co neobsahoval – šum, zkreslení, rušení od zdroje a další škodlivé látky, které narušují kvalitní vnímání zvuku. Nicméně - zatímco o soukromém.

    Nelineární zkreslení – zvýšení spektra původního signálu přidáním harmonických. Pokud vezmeme čistý sinusový signál o frekvenci F, tak po průchodu zesilovačem ve spektru signálu budou kromě základní harmonické F složky K * F, kde K = 2, 3, 4, 5 . ..

    Asymetrie

    Podle vzhledu se harmonické dělí na sudé a liché. První vznikají, když je signál asymetrický. Přetrvávají zvěsti, že jsou méně nápadné než ty liché... ale návody z minulého století dávají velmi jednoznačné pokyny - bojovat nejprve se sudými harmonickými, i na úkor určitého nárůstu lichých. Asymetrie je vlastní všem prvkům obvodu zesilovače, kromě toho, že v koncovém stupni není tak důležitá, takže problém sudých harmonických existuje dodnes velmi naléhavě.

    V článku bude použita simulace pomocí programu PSPICE, která prokázala spolehlivost provedených výpočtů. Byly případy, kdy výpočty v tomto programu dávaly „podivné“ výsledky a byla touha svalit vinu na jeho vnitřní chyby, ale po objevení stejných „podivných“ výsledků v pájeném obvodu jste nedobrovolně prodchli důvěrou a respektem k vývojářům. tohoto simulátoru. Takže se omlouvám, ale tomuto programu věřím. Pokud máte jiný názor, omlouvám se.

    Pokud není uvedeno jinak, zdrojem ve všech obvodech bude 1 kHz sinusová vlna, 1 volt (špičková) amplituda.

    Takže nelineární zkreslení. Když se objeví asymetrie signálu, objeví se i harmonické.

    Simulační schéma:

    Asymetrie v obvodu je dosaženo instalací Schottkyho diody. Řídicí proud "A" byl získán děličem R3, R4 s úrovní signálu sníženou na amplitudu blízkou zkoumanému výstupu "B".

    Všechny grafy v této sekci, zelená – simulovaný signál; červená - příkladná, s mírně sníženou amplitudou.

    Průběh:

    Pokud se ve spodní části červená a zelená čára téměř shodují, tak v horní části začne ovlivňovat vliv diody a zkreslený signál velmi předběhne ten ukázkový. To znamená, že pozitivní (nad úrovní 0 V) ​​a negativní půlvlny nejsou stejné, existují jasné známky asymetrie.

    Spektrum referenčního signálu (červená) má pouze jeden vrchol na 1kHz, před simulovaným obvodem (zelená) je zřetelný hřeben se špičkami na 1kHz, 2kHz, 3kHz, 4kHz…

    Zastavme se ještě trochu. První vrchol na 1 kHz je přibližně stejný jako u referenčního signálu - základní harmonická v obou případech s přibližně stejnou amplitudou. No, jde to vidět i vizuálně, vzhledově jsou si podobné... když vynecháte jemnosti, které vedou k velkému spektru harmonických. Referenční signál má pouze první harmonickou, ale simulovaný obvod má pouze první až desátou (ve skutečnosti spektrum přesahuje 10 kHz), což znamená, že v obvodu je nelineární prvek, který generuje velké spektrum harmonických . Ale je, v obvodu je polovodičová dioda.

    Možná jste zmateni způsobem, jakým jsou informace v programu prezentovány. Obvykle, když je prezentováno spektrum, jsou nakresleny "pruhy" s proměnnou výškou. Program PSPICE počítá napětí a proudy ve všech uzlech obvodu po celou dobu trvání testu, často s proměnným časovým rozlišením. Poté je časová sekvence převedena na frekvenční pomocí metody FFT (Fast Fourier Transform). Čím nižší je diskrétnost výpočtu bodů v čase, tím vyšší je přesnost převodu do časové oblasti a tím správnější je analýza. Poplatkem za to je doba, po kterou simulátor běží.

    Od vydání programu se počítače zrychlily, ale chutě také rostou, takže simulace by měla být provedena ve dvou fázích - nejprve není příliš přesná, ale rychle, pak je třeba snížit časovou diskrétnost, aby bylo možné získat více adekvátní výsledky. Zopakujme si například test na normální přesnost (modrý graf) a s maximálním limitem kroku na časové ose (zelený graf):

    Oba grafy mají stejný význam, ale graf delší doby výpočtu (zelený) je samozřejmě přesnější.

    Nyní obvod pro symetrický a nelineární obvod:

    Pro simulaci nelineárního, ale přísně symetrického obvodu používá obvod dvě Schottkyho diody - každá pro kladné a záporné půlvlny.

    Průběh:

    Napěťový průběh v simulovaném obvodu je symetrický a téměř identický s referenčním průběhem.

    Podívejte se na předchozí test - pokud byly špičky na frekvencích 1, 2, 3 ... 10 kHz, nyní nejsou žádné sudé harmonické.

    Limit úrovně

    Tento typ nelinearity je způsoben porušením monotónnosti signálu. Patří mezi ně dva případy:

    • Krok.
    • Nasycení.

    Krokové zkreslení je charakteristické pro zesilovače třídy B (nebo AB) - s poklesem úrovně signálu klesá koeficient přenosu a signál jednoduše zmizí. Mechanismus jeho vzniku bude podrobněji rozebrán v druhé polovině článku.

    Saturace - může být způsobena buď omezením, při velmi vysoké úrovni signálu, nebo funkcí ochrany v zesilovači pro proud nebo výkon.

    Krok

    Tento typ zkreslení je běžný u obvodů s nízkým předpětím založených na regulačním tranzistoru, takže pro simulaci lze použít dvojici křemíkových diod, docela vhodná je 1N4148.

    Průběh:

    Vezměte prosím na vědomí, že když zelený graf prochází přes 0 voltů, po určitou dobu neprochází žádný signál. Pokud dojde k monotónní změně úrovně na červeném grafu (příklad), pak se napětí na simulovaném obvodu rovná nule. Čím nižší je úroveň signálu, tím více se tento typ zkreslení projevuje až do úplného vymizení užitečného signálu na výstupu. Zesilovače je proto nutné zkoumat nejen při nominální úrovni signálu, ale také při značně snížené. V opačném případě je snadné spadnout do pasti tohoto typu zkreslení - s poklesem úrovně signálu bude harmonický koeficient katastrofálně růst.

    Zkreslení je symetrické, takže ve spektru nejsou žádné rovnoměrné harmonické.

    Nasycení

    Limit úrovně nasycení. Zcela typický případ, chtěli být hlasitější a dostali „sípání“. Pokud řídicí obvody poskytují "měkké" ořezávání úrovně, pak se typ zkreslení bude lišit od zesilovačů bez takové ochrany. Ale nyní pojďme projít samotný problém, aniž bychom se dostali do nuancí. Pro simulaci je vhodná stejná dvojice diod 1N4148, ale v jiném zařazení.

    Průběh:

    Pokud se při nízké úrovni signálu oba grafy shodují, pak je dosažení napětí 0,5 voltu charakterizováno zastavením růstu zeleného grafu, to znamená, že následuje omezení úrovně.

    Obrázek je podobný jako v případě "kroku". U obou možností se objeví harmonické, změní se pouze povaha jejich vzhledu:

    • U „kroku“ se stupeň zkreslení signálu zvyšuje se snižující se úrovní signálu.
    • „Saturace“ má opačný vzorec - při nízké nebo normální úrovni signálu obvod nezavádí zkreslení a pouze na vysoké úrovni začnou ovlivňovat negativní jevy.

    Defekt saturace je vlastní všem zesilovačům a řeší se buď režimem „soft limit“ nebo přídavným uzlem pro řízení zisku, který snižuje hlasitost, když jsou detekovány nadměrné úrovně signálu.

    Přečtěte si více: