если, например, подать ступенчатое напряжение на вход цепочки рис. 1.7, то выходное напряжение не сможет измениться скачком в момент подачи сигнала, а будет нарастать постепенно *). В результате крутой участок сигнала - фронт - будет искажен, пологий же участок ступеньки в данном случае будет воспроизведен без искажений, но со сдвигом, определяемым временами задержки и нарастания. Что касается тока в цепочке и пропорционального

Вход

Рис. 1.13. Линейные искажения ступенчатого сигнала: а) входная ступенька, б) выходной сигнал - реакция на ступеньку.

ему напряжения на сопротивлении /?, то они, наоборот, по тем же соображениям возрастут скачком в первый момент, а затем постепенно спадут до нуля; следовательно, по отношению к этим величинам имеет место искажение вершины. Аналогичными примерами можно иллюстрировать проявление инерционности индуктивности.

Именно такие процессы и обусловливают линейные импульсные искажения в усилителях, поскольку последние включают в себя сложные комбинации цепочек /?, L, С.

Связь частотных и импульсных линейных искажений. Частотные и переходные характеристики описываю г один и тот же усилитель, но в условиях разной формы сигнала. Поэтому естественно, что импульсные и частотные искажения оказываются взаимосвязанными.

Малые искажения фронтов означают хорошее воспроизведение высоких частот; малые искажения вершины означают хорошее воспроизведение низких частот. С количественной стороны можно в первом приближении считать, что время нарастания обратно пропорционально верхней граничной частоте, а время спада - нижней

*) Иногда образно говорят, что емкость во время крутых перепадов - скачков - ведет себя как короткое замыкание . В условиях конечного времени нарастания сигнала к такой формулировке нужно относиться осторожно.

Рис. 1. И. Нелинейные искажения синусоидального сигнала: а) входной сигнал, б) выходной сигнал.

ни =

/со / со /~ 00

(1.29)

где n - номер гармоники.

При переходе в (1.29) от мощности к напряжениям или токам сопротивление нагрузки для всех гармоник принято одинаковым. При отсутствии линейных искажений (т. е. реактивных элементов в схеме усилителя) соотношение основной и высших гармоник на выходе не зависит от частоты входного сигнала, а зависит только от его амплитуды; характерно также отсутствие какого бы то ни было сдвига фаз между входным и выходным сигналами (рис. 1.14).

Сигнал сложной формы, очевидно, сам состоит из ряда гармоник. Поэтому его нелинейные искажения проявляются либо в возникновении дополнительных гармоник, либо (в случае бесконечного ряда гармоник на входе)-в изменении спектрального состава гармоник, т. е. соотношения их амплитуд. Рис. 1.15 иллюстрирует

граничной частоте. В частности, усилители постоянного тока, у которых / =0, имеют t,== сх> и, следовательно, передают плоскую часть ступеньки (и тем более импульса) без искажений, без спада.

Название импульсный усилитель часто применяют как синоним широкополосного усилителя. Однако это не всегда верно: широкополосные усилители подразумевают синусоидальный, т. е. двухполярный сигнал, тогда как импульсные усилители часто рассчитываются на работу с сигналами лишь одной полярности, или с кратковременными сигналами при относительно длинной паузе, что придает им некоторую специфику, о которой мы узнаем позже.

Нелинейные искажения.

При входном сигнале синусоидальной формы нелинейные искажения проявляются в том, что выходной сигнал не является синусоидальным (рис. 1.14). При разложении в ряд он оказывается состоящим из основной гармоники, имеющей частоту входного сигнала, н ряда (иногда бесконечного) высших гармоник. Величина нелинейных искажений в случае синусоидального сигнала оценивается коэффициентом нелинейных искажений (клир-фактором)

нелинейные искажения двух вариантов пилообразного напряжения в отсутствие линейных искажений. При этом характерно отсутствие временных сдвигов начала и конца импульсов.

Рис. 1.15. Нелинейные искажения пилообразного сигнала: а, в) входные сигналы; б, г) соответствующие выходные сигналы.

Подчеркнем, что анализ нелинейных искажений (как и вообще нелинейных цепей) методом наложения (суперпозиции) недопустим. Так, в нашем случае нельзя суммировать искажения отдельных

гармоник сложного сигнала.

Наличие нелинейных искажений при любой форме сигнала можно определить по нелинейности так называемой амплитудной характеристики. Пример такой характеристики для усилителя напряжения показан на рис. 1.16. Необходимо иметь в виду, что амплитудная характеристика малопригодна для количественных оценок. В области малых искажений, когда формы входного и выходного сигналов еще почти одинаковы, уменьшение амплитуды трудно оценить из-за неточностей графического построения. С другой стороны, в той области, где масштаб

2,5 и(в)

Рис. 1.16. Амплитудная характеристика усилителя напряжения.