Основные показатели качества УЗЧ

Основные показатели качества УЗЧ

Рекомендовано МЭК (Международной электротехнической

комиссией)

Коэффициент усиления напряжения Чувствительность усилителя Входное сопротивление Выходное сопротивление Выходная мощность Амплитудно-частотная характеристика Амплитудная характеристика Динамический диапазон амплитуд Нелинейные искажения Динамические искажения Помехи в усилителях ….

Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью ВАХ транзисторов и характеристик намагничивания магнитопроводов трансформаторов. Эти искажения проявляются в виде новых компонентов спектра частот отсутствующих во входном сигнале. Если УЗЧ вносит небольшие нелинейные искажения, его амплитудная характеристика описывается выражением

Uвых = a1Uвх + а2U^2вх + а3U^3вх +…аkU^kвх,

Где Uвх и Uвых – амплитуды входного и выходного гармонических (синусоидальных) сигналов; аi – коэффициенты, значение которых определяются видом амплитудной характеристики; k – порядок нелинейности, определяющий число гармоник сигнала на выходе. При подаче на вход такого УЗЧ гармонического напряжения с частотой f выходной сигнал представляет собой сумму гармоник с частотами f, 2f, 3f…,nf и амплитудами U1, U2, U3,…Un. Если на вход УЗЧ поступают гармонические сигналы с частотами f1 и f2, на выходе кроме этих частот появляются их высшие гармоники и комбинационные компоненты, частоты которых равны nf1+- mf2, где n = 1, 2, 3,…; m = 1, 2, 3… Порядок отдельной комбинационной составляющей равен n + m. Чем больше порядок нелинейности УЗЧ k, тем больше комбинационных составляющих появляется на его выходе. Искажения, связанные с появлением на выходе УЗЧ комбинационных компонентов, называют интермодуляционными искажениями.

Уровень нелинейных искажений оценивают коэффициентами гармоник и интермодуляционных искажений (интермодуляции).

Коэффициент гармоник – отношение средней квадратической суммы высших гармоник к средней квадратической сумме всех гармоник сигнала.

Коэффициент интермодуляции n-го порядка – отношение средней квадратической суммы спектральных компонентов с частотами f1 +- (n – 1) f2 к компоненту выходного сигнала с частотой f2, где f1 и f2 – частоты входных гармонических сигналов (f1<<f2). Кооэффициент интермодуляционных искажений - отношение средней квадратической суммы комбинационных компонентов к компоненту выходного сигнала, частота которого равна частоте более высокочастотного входного сигнала. Коэффициенты интермодуляции и интермодуляционных искажений определяют при заданном соотношении амплитуд входных гармонических сигналов.

Коэффициенты гармоник и интермодуляционных искажений взаимосвязаны. При нелинейности малого порядка (второго или третьего) они имеют близкие значения. При более высоких порядках нелинейности коэффициент интермодуляционных искажений превышает коэффициент гармоник. Поэтому нормировать и определять их при оценке качества УЗЧ следует в отдельности.

Динамические искажения – особый вид искажений, которые проявляются в транзисторных УЗЧ, охваченных глубокой ООС. Эти искажения обусловлены перегрузкой каскадов усилителя вследствие запаздывания напряжения ООС по отношению к напряжению входного сигнала. Динамические искажения зависят, в частности, от скорости нарастания выходного сигнала, которую можно определить по переходной характеристике усилителя. Переходная характеристика усилителя – зависимость выходного напряжения от времени, прошедшего после подачи на вход усилителя скачка входного напряжения. Скорость нарастания выходного сигнала Vu = 2 Пи fв Um = 2 Пи fв на корень из 2РRн, где Пи – 3,14…; Um – максимальная амплитуда выходного напряжения; fв – максимальная частота усиливаемого сигнала; Р – максимальная выходная мощность; Rн – сопротивление нагрузки.

Динамические искажения можно разделить на гармонические и интермодуляционные. При гармонических динамических искажениях изменяется форма синусоидального сигнала, если его амплитуда и частота превышают критические значения, определенные максимальной скоростью нарастания выходного напряжения. Интермодуляционные динамические искажения возникают при тех же условиях, если усиливается сложный сигнал…

В МЭК (Международной электротехнической комиссии) еще в прошлом веке провели объективные исследования звука и создали график, относительно которого создаются те или иные стандарты и методики измерений…

Кратко прокомментирую. При звучании отдельные тона, из которых образуется звук, находятся в целочисленном отношении. Число и интенсивность этих отношений (обертонов) по которым распознаются звуки характерно для определенного голоса (тембра) или музыкального инструмента.

Интенсивность звука (Н/м^2) от которой зависит распознавание звука, в основном зависит от звукового давления и длины звуковой волны (например, 100 Гц = 3,4 м). Наше ухо может воспринимать звуковые давления в диапазоне от 2х10^-5 до 20 Н/м^2. Для количественного определения звука (энергетики) введено понятие с логарифмическим отношением – децибел (дб). 2х10^-5 соответствует 0 дб, а 20 Н/м^2 – 120 дб. Последнее значение определяет также границу болевого ощущения… При звукоусилении звука электронными средствами с учетом зависимости звукового давления от частоты, электродинамических свойств громкоговорителей и т. д дополнительно составлено еще около десяти графиков по которым составляется один общий соответствующий среднестатистическому …

При настройке бас процессора или эксайтера на частоту 110 Гц или 220 Гц после ограничения или компрессии уровень сигнала на этих частотах может превысить уровень основного тона 330 Гц. При этом гармоники и искажения от этих несуществующих сигналов (тонов) могут иметь уровень сигнала больше основного тона, так и его обертонов, что влечет за собой потерю качества и разборчивости как субъективных, так и объективных оценок…