ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЯ
Частотная характеристика усилителя показывает зависимость коэффициента усиления К от частоты f сигнала, поданного на вход усилителя. Это один из важнейших параметров, так как если К{}) неравномерна, т. е. не прямолинейна, то это сигнализирует о том, что усилитель по-разному усиливает сигналы разных частот, тем самым внося частотные искажения. Правда, частотная характеристика реального усилителя (рис. 19) никогда не бывает абсолютно прямолинейной, на ней есть подъемы и провалы, причем часто эти неравномерности в усилении создают искусственно, чтобы компенсировать неравномерности частотных характеристик головок громкоговорителей и модуляции высокочастотного сигнала, завалы частотной характеристики магнитных лент при звукозаписи и т. п.
Рис. 19. Частотная характеристика УЗЧ
Но в любом случае неравномерность частотной характеристики должна находиться в определенных пределах, задаваемых в децибелах относительно исходного уровня — усиления сигнала частотой 1000 Гц. Поэтому по вертикальной оси характеристики обычно откладывают не значение коэффициента усиления, равного uВЫХ/uвх, а частотных искажений в децибелах М = = 20 lg (Ko/Kf), где Ко и Кf — коэффициенты усиления по напряжению соответственно на частоте 1000 Гц ,и на частоте f. Таким образам коэффициент частотных искажений М показывает, на сколько децибел усиление на данной частоте отличается от усиления на частоте 1000 Гц, и, как было уже отмечено, допустимые пределы этого отличия зависят от конкретного назначения усилителя. Например для обеспечения возможно более равномерного усиления по диапазону М=3 дБ вполне допустим. И вообще в радиотехнике неравномерность в 3 дБ (т. е. в 1,41 раза) считается вполне допустимой погрешностью. На рис. 20 показаны соединения приборов для снятия частотной характеристики усилителя. Это основная схема соединения приборов с усилителем для измерения всех основных параметров. Особое внимание следует уделить согласованию выхода ЗГ со входом усилителя.
К выходу усилителя надо подклю чить эквивалент нагрузки, равный полному сопротивлению звуковой катушки головки громкоговорителя или магнитной головки, если испытывается усилитель магнитофона. Вообще же желательно испытывать усилитель с той нагрузкой, с которой он будет работать. При определении частотной характеристики усилителя очень важно правильно выбрать уровень входного сигнала. Чтобы при этом не ошибиться, надо предварительно измерить его чувствительность и нелинейные искажения. Чувствительность — это наименьшее напряжение входного сигнала, обеспечивающее усилителю йамйнальную выходную мощность, т ё та кую мощность, при которой нелинейные искажения не превышают заданного значения Поскольку существует определенная взаимосвязь параметров усилителя, поступают следующим образом: регулятор громкости устанавливают на максимальное усиление, ЗГ настраивают на частоту 1000 Гц, постепенно увеличивают его выходное напряжение и одновременно измерителем гармоник или, в крайнем случае, по осциллограмме измеряют коэффициент гармоник Как только он достигнет заданного максимального значения, измеряют напряжение на входе UВх и выходе Uвых усилителя, и тогда номинальная выходная мощность на нагрузке Rн=U2выx/Rв
При данной номинальной выходной мощности RB именно напряжение UBX характеризует чувствительность усилителя Его можно измерить любым электронным вольтметрам, в то время как выходное напряжение ивы% желательно измерять вольтметром, детектор которого peaгирует на среднеквадратическое значение напряжения Объясняется это тем что на входе усилителя форма сигнала строго синусоидальная (коэффициент гармоник сигнала на выходе ЗГ обычно не превышает 0 5%), а вот на его вы ходе при номинальной мощности коэффициент гармоник может достигать 5% и более, что дает уже заметную погрешность градуировки вольтметра с пиковым детектором — его показания будут занижены Кстати, при пользовании измерителем гармоник надо помнить, что его вольтметр чувствителен к среднеквадратическому значению измеряемого напряжения, поэтому вольтметром можно измерять напряжение UВЫх.
Рис. 20. Включение измерительных приборов для измерения параметров УЗЧ
Помимо номинальной выходной мощности усилителя иногда определяют мощность, при которой коэффициент гармоник равен 10%, т е максимальную мощность Рmах.
Итак, допустим, что номинальное входное напряжение UBX ном измерено Очевидно, что это будет то максимальное напряжение, которое может оказаться на входе усилителя в реальных условиях Уровень входного сигнала при определении частотной характеристики усилителя выбирают 0,5UВ1 ном, ис исходя из следующих соображений. Если принять уровень испытательного сигнала равным Uвх ном, то возникнут некоторые ограничения по максимуму в каскадах усилителя в насыщении магнитопровода выходного трансформатора и т п, а ведь именно по этим причинам возрастают нелинейные искажения Все это, влияя на форму частотной характеристики, исказит ее по сравнению с характеристикой при работе усилителя с меньшими уровнями входного сигнала Если же выбрать очень малый уровень испытательного сигнала, то будут сказываться нелинейные начальные участки характеристик транзисторов выходного каскада, напряжения шумов, паразитные наводки, что тоже приведет к искажению формы частотной характеристики Поэтому выбирают «золотую середину» — 0,5Uвх ном, что, кстати, соответствует наиболее вероятному в рабочих условиях уровню входного сигнала
Рис 21 Амплитудная характе ристика УЗЧ
При определении возможных уровней входного сигнала можно определить и амплитудную характеристику усилителя на частоте 1000 Гц Для этого устанавливают UBx = l,5UBX ном, измеряют и записывают соответствующее ему ивых Затем уменьшают UBZ (делителем на выходе ЗГ), вновь измеряют Uвых, и так до минимально возможного напряжения входного сигнала (уровня, при котором сигнал на выходе менее чем на 3 дБ, т е примерно в 1,5 раза, превышает шумы усилителя) По результатам измерений строят амплитудную характеристику усилителя (рис 21) Масштаб оси мвх лучше брать логарифмическим, так как входное напряжение изменяется в больших пределах от милливольт до десятых долей вольта Желательно чтобы эта характеристика была более линейной, хотя иногда нужны усилители с определенной формой амплитудной характеристики, например с логарифмической зависимостью усиления Для обычных УЗЧ допустимы небольшие отклонения от линейности, особенно в области минимальных и максимальных входных напряжений.
Как уже говорили, при определении частотной характеристики усилителя Уровень входного сигнала устанавливают равным 0,5U„х ном, затем измеряют и записывают выходное напряжение на частоте 1000 Гц, которое будет нулевым уровнем Затем частоту ЗГ последовательно изменяют в сторону сначала Уменьшения затем увеличения, поддерживая уровень его входного напряжения равным 0,5U„х ном Для каждой частоты записывают соответствующее выходное напряжение Поскольку UBX в процессе измерения неизменно, то UВЫх, нанесенные на график в координатах UBha(f), покажут зависимость коэффициента усиления К=Uвыт/Uвх от частоты f (см рис 19) Ее можно построить и в значениях коэффициента частотных искажений Af=20 lg(UBbiX mafUBblx f).
При градуировке выходных делителей ЗГ в децибелах частотную характеристику можно получить и без вычислений. Для этого замечают показания вольтметра на выходе усилителя, а затем для каждой из частот устанавливают делителем выходное напряжение ЗГ, при котором отклонение стрелки вольтметра остается неизменным. Тогда коэффициент частотных искажений в децибелах для данной частоты будет равен изменению выходного напряжения ЗГ. Например, если при сигнале частотой 1000 Гц для отклонения стрелки вольтметра на некоторый угол при уровне входного сигнала UВх = 0,5Uвх.ввм делитель ЗГ будет установлен в положение 24 дБ, а при переходе на частоту 4000 Го, для такого же отклонения стрелки вольтметра на выходе усилителя делитель генератора приходится поставить в положение 27 дБ, то на этой частоте мы имеем подъем частотной характеристики усилителя на 3 дБ относительно уровня на частоте 1000 Гц. Но не следует забывать, что при перестройке ЗГ с одной частоты на другую, его выходное напряжение может изменяться, поэтому по встроенному вольтметру генератора надо следить, чтобы напряжение на входе делителя на частоте 4000 Гц было таким же, как и при сигнале частотой 1000 Гц.