ZOSILŇOVAČE - SKRESLENIA



       Medzi všeobecnými technickými vlastnosťami, ktoré sú dôležité pre posúdenie kvality zosilňovača bez ohľadu na oblasť jeho použitia určite zaujímajú významné miesto "skreslenia"  v zosilňovači.  Skreslenia, ktoré vznikajú v zosilňovači ovplyvňujú zosilňovaný striedavý signál či už tvarovo, frekvenčne alebo fázovo. Jednoznačne môžeme povedať, že skreslenia v zosilňovači ovplyvňujú vernosť prenosu striedavého signálu zosilňovačom, to je, že výstupný signál sa vstupnému signálu podobá v tvare, fáze aj šírke prenášaných frekvencií.
       Skreslenia delíme do dvoch veľkých skupín, na  "lineárne"  a  "nelineárne" , ktoré obsahujú prílušné typy skreslení. My sa budeme zaoberať len typmi, ktoré sa sledujú u všetkých zosilňovačov, bez ohľadu na oblasť ich použitia.   Sú to tieto skreslenia :

Nelineárne - tvarové (harmonické)
- intermodulačné
Lineárne - frekvenčné
- fázové
- prechodové

Tvarové (harmonické) skreslenie : - je spôsobené nelineárnou VA charakteristikou zosilňovacích alebo magnetických prvkov.

       Ako vidíme na grafe vpravo, po prechode signálu súčiastkou s nelineárnou VA charakteristikou, na výstupe dostávame tvarovo skreslený signál (dolná polvlna je tvarovo zdeformovaná oproti hornej polvlne.)  Dôvodom tejto deformácie je objavenie sa vyšších harmonických zložiek s frekvenciami  2.f1, 3.f1,.....n.f1 vo výstupnom signále zosilňovača, aj keď na vstup bol privedený harmonický signál s frekvenciou  f1  (pozri tému "Harmonická analýza".)  Toto skreslenie je závislé od amplitúdy vstupného budiaceho signálu. Veľkosť tvarového skreslenia vyjadruje činiteľ tvarového (harmonického) skreslenia.

Tvarové skreslenie signálu spôsobené nelineárnou VA charakteristikou zosilňovacej súčiastky

  Obr. 12.  Tvarové skreslenie signálu na nelineárnej
VA charakteristike zosilňovacej súčiastky

Činiteľ tvarového (harmonického) skreslenia kh  je vyjadrený vzťahom : Činiteľ harmonického skreslenia   [%]
ak  U12  >> U22 + U32 + ... Un 2 ,  potom : Činiteľ harmonického skreslenia-zjednodušený   [%]

- kde  U1 je amplitúda základnej harmonickej a U2, U3  až Un  sú amplitúdy vyšších harmonických zložiek výstupného signálu.

       Pri tomto tvarovom (harmonickom) skreslení je potrebné si zapamätať, že príčinou jeho vzniku je nelineárna VA charakteristika zosilňovacej súčiastky.  Fyzikálna podstata spočíva v prítomnosti vyšších harmonických zložiek vo výstupnom signále, ktoré vznikli prechodom neskresleného signálu nelineárnou súčiastkou.  Vonkajší prejav tohto typu skreslenia, pokiaľ sledujeme tento signál osciloskopom, je v jeho tvarovej deformácii a pokiaľ ide o akustický signál, teda analyzujeme ho sluchom, zvuk je skreslený, piskľavý, reč obsahuje veľa sykaviek.



Intermodulačné skreslenie : -

vzniká v zosilňovači pôsobením aspoň dvoch signálov s rôznymi frekvenciami na jeho vstupe. V zosilňovači vplyvom nelinearít VA charakteristík elektronických súčiastok vznikajú súčtové a rozdielové zložky, ako aj vyššie harmonické zložky, takže možných kombinačných zložiek je veľký počet. Takýto proces tvorby kombinačných zložiek nazývame modulácia. Toto skreslenie hodnotí činiteľ intermodulačného skreslenia, ktorý udáva úroveň hlavných nežiaducich kombinačných zložiek, ktoré vznikli v zosilňovači pri budení dvoma sínusovými signálmi. Vzhľadom na to, že nie všetky kombinačné zložky majú harmonický vzťah k frekvencii vstupných signálov, teda nie sú ich celočíselným násobkom, ich prítomnosť vo výstupnom signále sa prejavuje omnoho rušivejšie než prítomnosť harmonických zložiek. Všeobecne je toto skreslenie asi 3 až 4 - krát rušivejšie ako tvarové skreslenie.



Frekvenčné skreslenie : -

je spôsobené závislosťou zosilnenia Au od frekvencie f vstupného signálu. Je zapríčinené prítomnosťou reaktančných prvkov v obvode zosilňovača. Znázorňuje sa amplitúdovo-frekvenčnou (AF) charakteristikou, pre potreby zobrazenia tohto skreslenia nazývanou tiež "Útlmová charakteristika" daného zosilňovača.

ÚtlmováF charakteristika zosilňovača

Obr. 13.  Útlmová charakteristika znázorňujúca frekvenčné skreslenie zosilňovača 

Činiteľ frekvenčného skreslenia kf  sa udáva ako pomer zosilnenia Aref  pri referenčnom kmitočte f0  k zosilneniu Af  pri meranom kmitočte f :

Činiteľ frekvenčného skreslenia   [-]

       Rozdiel zosilnení  Aumax  a  Aumin  nám udáva maximálne zvlnenie  DAu  plochej časti útlmovej charakteristiky zosilňovača. V mnohých prípadoch je hodnota maximálneho prípustného zvlnenia  DAu  presne daná a niekedy je presne definovaný aj tvar útlmovej charakteristiky, ako napr. v obrazových zosilňovačoch televíznych prijímačov.



Fázové skreslenie : -

je definované ako fázový rozdiel medzi fázou výstupného a vstupného signálu  Činiteľ fázového skreslenia kj  je vyjadrený vzťahom:.

Činiteľ fázového skreslenia   [ ° ]

Zobrazuje sa fázovo-frekvenčnou (FF) charakteristikou zosilňovača.

Fázová charakteristika zosilňovača

Obr. 14.  Fázovo-frekvenčná charakteristika znázorňujúca fázové skreslenie zosilňovača 

       Toto skreslenie je závislé od frekvencie a je spôsobené výlučne lineárnymi reaktančnými prvkami. Fázový posun, ktorý vnáša do obvodu aktívny polovodičový prvok sa nepovažuje za fázové skreslenie. Pri prenose reči alebo hudby sa neprejavuje rušivo, pretože ľudské ucho toto skreslenie ako rušivý vplyv nevníma. V zosilňovačoch pre meraciu techniku sa veľkosť fázového skreslenia musí obmedziť, pretože jeho prítomnosť skresľuje výsledky merania. Napr. v zosilňovačoch akostných elektronických osciloskopov sa pripúšťa v oblasti nízkych kmitočtov fázové skreslenie asi 3°až 5°.



Prechodové skreslenie : -

vzniká v zosilňovači prechodom signálu s veľkou amplitúdou, ktorý má vo svojom časovom priebehu veľmi rýchlu, skokovú zmenu napäťovej úrovne.  Toto skreslenie sa znázorňuje prechodovou charakteristikou, ktorá predstavuje časový priebeh výstupného napätia, ak na vstup zosilňovača privedieme tzv. jednotkový napäťový skok, čo je normalizovaná hodnota náhleho skoku napätia. Toto skreslenie patrí do skupiny lineárnych skreslení. Je spôsobené prítomnosťou reaktančných prvkov L , C v obvode zosilňovača. Sledovať toto skreslenie má veľký význam najme u zosilňovačov impulzných signálov, ale aj u nízkofrekvenčných zosilňovačov veľkých výkonov. Uvažovaný typ skreslenia sa prejavuje troma spôsobmi : zmenou sklonu nábežnej hrany (čela) impulzu, prekmitnutím a skreslením plochej časti (temena) impulzu. Tieto typy sú zobrazené na nasledujúcich obrázkoch.



Obr. 15.  a) Jednotkový skok na vstupe zosilňovača
               b) Skreslenie čela a skreslenie prekmitnutím


Obr. 16.  c) Pravouhlý impulz na vstupe zosilňovača
               d) Skreslenie temena impulzu

       Obr. 15.a)  zobrazuje jednotkový skok privedený na vstup zosilňovača,  obr. 15.b)  zobrazuje skreslenie sklonu nábežnej hrany a skreslenie prekmitnutím tohto jednotkového skoku na výstupe zosilňovača.  Obr. 16.c)  zobrazuje pravouhlý impulz privedený na vstup zosilňovača a  obr. 16.d)  zobrazuje skreslenie plochej časti (temena) impulzu na výstupe zosilňovača.

       Skreslenie čela impulzu - vyjadruje tzv. doba prechodu  Tr , ktorá je definovaná ako doba, počas ktorej vzrastie výstupné napätie z 10 % na 90 % konečnej ustálenej amplitúdy. Tento typ skreslenia, t.j. zmena sklonu čela impulzu úzko súvisí s prenosovými vlastnosťami zosilňovača v oblasti vysokých kmitočtov prenášaného frekvenčného pásma. Preto pri analýze používame náhradnú schému zosilňovača pre vysoké frekvencie.
       V technickej praxi s týmto typom skreslenia úzko súvisí sledovaný parameter popisujúci dynamické vlastnosti zosilňovača nazývaný rýchlosť prebehu, označovaného ako "slew rate" - SR. Udáva rýchlosť zmeny amplitúdy výstupného napätia pri veľkej skokovej zmene amplitúdy vstupného signálu. Táto hodnota úzko súvisí s maximálnou frekvenciou prenosu  fmax  a amplitúdou signálu U0  na výstupe zosilňovača a je daná vzťahom :

     [V.ms-1 ; MHz, V]

       Skreslenie prekmitnutím g - sa udáva ako pomer rozdielu maximálneho prekmitnutia  U ´max  a napätia odpovedajúcemu ustálenému stavu  US  k napätiu ustáleného stavu  US   a je dané vzťahom :

     [% ; V, V, V]
Tento typ skreslenia úzko súvisí s prenosovými vlastnosťami zosilňovača v oblasti nízkych kmitočtov prenášaného frekvenčného pásma, preto pri analýze tohto typu skreslenia sa využíva náhradná schéma zosilňovača pre nízke frekvencie.

       Skreslenie plochej časti (temena) impulzu D - sa prejavuje kladnou alebo zápornou odchýlkou od ustálenej hodnoty napätia  US. Veľkosť odchýlky sa vyjadruje vzťahom :

      [% ; V, V, V]

       Prechodové skreslenie úzko súvisí s frekvenčným a fázovým skreslením daného zosilňovača. Dá sa dokázať, že pre jednu kombináciu amplitúdovej (útlmovej) charakteristiky frekvenčného skreslenia a fázovej charakteristiky fázového skreslenia zosilňovača existuje jediná prechodová charakteristika prechodového skreslenia. Platí to aj naopak. Zosilňovač s určitou prechodovou charakteristikou má jedinú odpovedajúcu kombináciu amplitúdovej a fázovej charakteristiky. Dá sa to dokázať matematicky, ale výpočty vedú ku veľmi zložitým matematickým operáciám.





Zosilňovače - hlavné technické vlastnostiZosilňovače - pracovné triedy



!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu