Измерение нелинейных искажений усилителя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 171 1969

ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ УСИЛИТЕЛЯ

М. С. РОЙТМАН

и ±3%. Рассмотрим вначале

—-0—

(Представлена научным семинаром факультета автоматики и вычислительной техники)

Измерение нелинейных искажений порядка 0,05% и особенно меньшие представляют значительные трудности. Выпускаемый отечественной промышленностью измеритель нелинейных искажений С6-1 для контроля указанных величин непригоден. В то же время представляется возможным, используя аппаратуру, имеющуюся практически в любой лаборатории, сравнительно просто определить нелинейные искажения усилителя, даже если они не превышают 0,01%.

Эта возможность базируется на том, что фазовый сдвиг <р"и ча-

ч <

стотные искажения —(ш) измерительного усилителя в полосе рабочих

К

частот обычно не превышают тьъ + 10 усилитель с фазовым сдвигом | <р | 10°, т. е. _

усилитель с я-четным. К таким усилителям относятся все многокаскадные усилители с последовательной обратной связью по напряжению, т. е. -наиболее многочисленная группа измерительных усилителей. Включим на. вход усилителя 2 четырехполюсник 1 с коэффициентом передачи ——(рис.1). Если на вход четырехполюсника 1

синусоидальное напряжение с генератора Г и включить измерительный прибор 3 (милливольтметр или осциллограф) между точками АВ, то его показания будут равны

7 I

¿С'

Ч

> 2

Г

Рис. 1.

подать чисто

и - [и

1

•Ке^ + ^и пуе

п=2

п + иш+и%

т /1=2

пу

€ « + иш + У<

где

е п

сумма напряжения гармоник, определяемая нелиней-

ными'искажениями усилителя; ¿Уш — напряжение шумов; £/ф — напряжение фона. Обычно

т

п—2

и ¡нелинейные искажения легко определить, взяв отношение напряжения, показываемого прибором 3 к напряжению на выходе генератора Л Если же указанное неравенство ке выполняется, то примерное разделение напряжений проще всего получить по кривой напряжения на экране осциллографа.

Итак, для измерения нелинейных искажений усилителя 2 необходимо включить вспомогательный делитель напряжения 1 и регулировкой его коэффициента передачи добиться минимального показания прибора 3. По этим показаниям и можно судить о нелинейных искажениях усилителя.

Фактически схема измерения нелинейных искажений представляет собой компенсационную 'схему по основной гармонике. Поскольку \о \ < 10°, то возможно уравновешивание схемы, близкое к раздельному. При поверке усилителя в области верхних частот переменную емкость С\ следует подключить к точкам АО (рис. 1). Регулировка Сг

позволяет менять фазовый сдвиг делителя по закону ср^-— X

+ Ао

X — -/?2Со), а переменного сопротивления — модуль коэффи-

циента передачи.

Регулировка фазы делителя приводит к изменению модуля коэффициента передачи на величину —При поверке усилителя

2

в области нижних частот емкость С1 следует подключить к точкам £Ю

п

и величина фазового сдвига будет --—о)/?2 + С0). Легко

заметить, что если емкость С1 и сопротивление /?п имеют градуированные шкалы, то можно, уравновешивая схему на каждой частоте, определить частотные и фазовые искажения усилителя. По изменению сигнала неравновесия можно определить и нестабильность усилителя из-за изменения питающих напряжений, температуры или других факторов.

Описанный способ поверки может быть реализован, если фазовый сдвиг усилителя ф= 180°+10°. В данном случае для поверки усилителя

Рис. 2.

требуется, чтобы источник сигнала имел симметричный выход со средней точки и прибор 3 подключался не к точке А, а к выходу генератора А (рис. 2).

Все вышеуказанное справедливо в том случае, если напряжение генератора является чисто синусоидальным. Наличие гармонических составляющих может существенно увеличить погрешность поверки измерительного усилителя.

Целесообразно рассмотреть влияние гармонических составляющих в напряжении генератора на погрешность определения нелинейных искажений усилителя.

т

Примем ¿7ВХ (¿) = ^ ^л^п + и общий коэффициент пере-

п=1

дачи четырехполюсника 1 и усилителя 2 на данной частоте равным ¿)(и>)Я*(ш) = 1. Тогда напряжение между точками А — В

U

вх

(О = 2 U" sln + ~ 2-£/»D»/*»'SIn {mt -+ ф„ + сруп— срдп) +

п=2

+ 2 í^ny Sin {nmt + сруп2) + иш + иф, (1)

п=2

где сруп — фазовый сдвиг усилителя для я-ой гармоники; «Рдп — фазовый сдвиг делителя для п-ой гармоники. Поскольку фазовые искажения минимально-фазовых цепей выражены более ярко, чем частотные, то (1) можно упростить.

т

£/вых (t) — 2 ^Пу Sin + + 2 Ufl ~~ ' C0S + ?) +

rt=2 ' л=2

+ + £/ф. (2)

Первый член (2) является полезным «продуктом», второй член обусловлен наличием гармоник в напряжении генератора. Коэффициент соответствующей гармоники тем меньше, чем выше ее порядковый номер. Поэтому практически следует учитывать только 2-ю и 3-ю гармоники. В случае, когда фазовые искажения усилителя в полосе рабочих частот равны +10°, то максимальные погрешности равны:

i (3)

и

я 1 m

Следует иметь в виду, что эти погрешности имеют место, только на краях рабочего диапазона, где фазовые сдвиги максимальны. При фазовых сдвигах меньше 2°

. 1 . 1

^c2/)<-Vo и

Особо отметим, что чем более высококачественным является усилитель, тем меньше в полосе рабочих частот его фазовые сдвиги и тем с меньшей погрешностью можно контролировать его нелинейные искажения.

В заключение рассмотрим еще одни вариант измерения нелинейных искажений усилителей с q>^180°. Достоинством этого варианта является то, что отпадает необходимость в применении генератора с симметричным выходом. Напряжение с выхода генератора Г через делитель 1 подается на усилитель 2 (рис. 3). Между входом делителя (точка а) и выходом усилителя (точка б) включаются последовательно два примерно одинаковых активных сопротивления Zac и ZBC • Между точкой С и

111

землей (точка О) включается высокочувствительный измерительный прибор 3. Основная гармоника напряжения Ь\0 (I) будет равна нулю, если выполняется .условие

1 4-г

ВС I

ОП

1

ВС

. Ре~" д(2ас + 2эк)

Ое

2

ОС

1 4- —в_ —^ I

г г ''

где

17

+

Уравновешивание схемы осуществляется регулировкой делителя 1 или или 1ас. Зная параметры делителя и относительные величины со-

Рис. 3.

противлений, можно легко определить коэффициент передачи усилителя, его амплитудно- и фазоч'астотные характеристики. Когда схема уравновешена по первой гармонике, тогда по напряжению £/Со(^) можно найти нелинейные искажения усилителя.

К

УМ

•эк

1 -I -1

2ас

им

ипя

В заключение еще раз отметим, что вышеописанными способами сравнительно легко можно с высокой точностью измерить наряду с нелинейными искажениями почти все остальные характеристики усилителя— частотные и фазовые искажения, нестабильности коэффициента передачи.

/