Линейные искажения. АЧХ и ФЧХ

Линейные искажения обусловлены зависимостью коэффициента усиления от частоты, определяемой наличием реактивных элементов в схеме, а также частотными свойствами усилительных элементов. Уровень линейных искажений не зависит от амплитуды, а зависит от частоты. Форма выходного сигнала может отличаться от формы входного из-за неравномерности коэффициента усиления на различных частотах и неодинаковости времени запаздывания каждой частотной составляющей на выходе усилителя. Неодинаковое время запаздывания каждой составляющей на выходе усилителя приводит к различным фазовым сдвигам отдельных составляющих относительно друг друга, а следовательно, и к искажению формы сигнала на выходе усилителя. Искажение формы выходного сигнала, вызываемые неодинаковым усилением различных частот, называют АЧ искажениями. Искажения формы выходного сигнала, вызываемые неравномерностью фазовых сдвигов, вносимыми усилителем, называют ФЧ искажениями.

АЧХ представляет собой зависимость модуля коэффициента усиления от частоты. Линия 1 – идеальная АЧХ, кривая 2 – реальная АЧХ. f_н и f_в соответствуют частотам в НЧ и ВЧ диапазоне, на которых К=0,707K₀.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Пояснение: влияние фазовых искажений на форму напряжения.

Первый рисунок форма -входного напряжения.

Второй рисунок – форма выходного напряжения.

Напряжение претерпевает фазовый сдвиг.

ФЧХ. 1 – идеальная ФЧХ. 2 – реальная ФЧХ.

Зависимость фазового сдвига от частоты.

Нелинейные искажения

Нелинейные искажения возникают из-за наличия в усилителе элементов с нелинейными вольт-амперными характеристиками. Этот тип искажений обусловлен наличием нелинейных участков входных и выходных характеристик транзисторов и электронных ламп, а также нелинейностью кривых намагничивания сердечника трансформаторов. Нелинейные искажения проявляются в том, что при усилении сигнала синусоидальной формы выходной сигнал не является чисто синусоидальным. В выходном сигнале помимо основной гармоники, имеющей частоту входного сигнала, появляется ряд высших гармоник. У сигнала, представляющего собой колебание сложной формы, изменяется спектральный состав, где кроме высших гармоник появляются комбинационные частоты.

Искажение формы сигнала за счет нелинейной характеристики УЭ можно проследить по рисунку, где на вход биполярного транзистора подано синусоидальное напряжение. Видно, что уже входной ток отличается от синусоидального.

Если на вход усилителя подано синусоидальное напряжение, то напряжение или ток первой гармоники является полезным сигналом. Все высшие гармоники, начиная со второй, являются следствием нелинейных искажений. Уровень нелинейных искажений пропорционален мощности высших гармоник и при усилении синусоидального сигнала оценивается коэффициентом нелинейных искажений

При усилении импульсных сигналов нелинейность усилителя сказывается иначе, чем при усилении гармонического сигнала. При усилении ступенчатого сигнала по амплитуде при одинаковых ступеньках на входе получаются различные ступеньки на выходе. При усилении импульсов прямоугольной формы с одинаковой амплитудой нелинейность усилителя практически не влияет на форму выходного сигнала.