Переходные и параметрические искажения

Переходные искажения

Определение. Искажения выходного импульса по сравнению с входным прямоугольным импульсом называются переходными искажениями.

Переходные искажения создаются за счет присутствия в схеме усилителя реактивных элементов (индуктивностей, емкостей). Эти искажения также относятся к линейным, так как не зависят от нелинейных элементов схемы.

Основной характеристикой импульсного сигнала является его форма. На рисунке 2.9а показан входной прямоугольный импульс, а на рисунке 2.9б выходной искаженный импульс.

В начале импульса (рис. 2.9б) происходит быстрое нарастание напряжения до амплитудного значения U_m. В течение некоторого времени напряжение сравнительно медленно уменьшается на величину ΔU_C, затем быстро падает. Можно выделить три части реального прямоугольного импульса: фронт, вершину (плоская часть) и спад. Кроме того, вследствие переходных процессов в конце фронта и спада импульса может возникнуть выброс напряжения или тока. После выброса наблюдаются затухающие паразитные колебания.

 U_ВХ t_И

а)

0 t

U_ВЫХ

ΔU_В

ΔU_С

б)

U_m 0,9U_m

0,1U_m t

0 t_Ф

t_С

t_И

Рис. 2.9. Искажения прямоугольного импульса при усилении

а) входной прямоугольный импульс; б) выходной искаженный импульс

Для оценки искажений прямоугольного импульса используются следующие величины:

tф – длительность фронта,

ΔU_C – спад вершины,

t_C – длительность спада,

ΔU_B – выброс фронта.

Принято считать, что импульс имеет «активную» длительность, которая отсчитывается на некотором определенном уровне, обычно на уровне 0,1U_m. Длительность фронта tф равна промежутку времени между моментами, когда напряжение или ток с уровня 0,1U_m достигнет уровня 0,9U_m.

Длительность импульса t_И определяется на уровне 0,1U_m (0,1І_m) или на уровне 0,5 U_m (0,5І_m) .Длительность спада, а также фронта, не должны превышать 0,1–0,3 длительности импульса t_И. Величина спада вершины импульса определяется выражением

. (2.20)

При этом величина Δс не должна превышать 3–5%.

Величина выброса фронта определяется выражением

. (2.21)

Эта величина также не должна превышать 3–5%.

Если усилитель многокаскадный, то вышеуказанные параметры прямоугольного импульса будут находиться так:

; (2.22)

; (2.23)

, (2.24)

где n – количество каскадов усилителя.

Переходными искажениями называют появление "посторонних" составляющих во вторичном сигнале, обусловленных свободными колебаниями в звеньях тракта. Частоты этих колебаний могут не совпадать с частотами составляющих входного сигнала. Как и при нелинейных искажениях, появляются комбинационные частоты. Эти искажения возникают при изменении режима работы тракта, при изменении амплитуды входного сигнала, а также вследствие инерционности устройств обработки информации. Слуховое ощущение этих искажений сходно с ощущением нелинейных искажений.

К параметрическим искажениям относятся автопараметрический резонанс и детонация. Первый вид искажений наблюдается в громкоговорителях, второй - в системах записи звука. Автопараметрический резонанс выражается в появлении колебаний с частотами, кратными дробной величине частоты основного колебания. Характер этих искажений сходен со звучанием нелинейных искажений на низких частотах. Детонация сигнала выражается в изменении частоты вторичного сигнала по отношению к частоте первичного. Эти искажения прослушиваются и виде "плавания" частоты сигнала, а при быстрых изменениях - в виде хрипов и дребезжания.