2.6.2. Фазовые искажения

Фазовые искажения (ФИ) возникают в том случае, если реальная ФЧХ не совпадает в полосе пропускания частот с идеальной. В боль­шинстве случаев идеальная АЧХ представляет собой прямую, проходя­щую через начало координат φ(f) = -af. Действительно, если одна из составляющих входного сигнала изменяется по закону u₁(t) = U_1msin(ωt), то ее выходное значение U₂ = KU_1m sin(ωt + φ) = U_2м sin(2f t –af) = U_2msin(2f(t-a/2)), то есть все составляющие независимо от их час­тоты смещаются во времени на одно и тоже значение t_3Д = а/2, назы­ваемое групповым временем задержки, при этом взаимное расположение синусоид различных частот, а следовательно, и форма кривой, не подвергаются изменению.

Если же ФЧХ нелинейная, то составляющие спектра входного сиг­нала смещаются во времени неодинаково и суммирование этих состав­ляющих на выходе усилителя дает совершенно другой по форме сигнал. Именно такие искажения и носят название ФИ.

Внимание! Не надо путать фазовые сдвиги, вносимые усилителем, и ФИ. Усилитель может вносить фазовые сдвиги, зависящие от часто­ты, но ФИ при этом будут отсутствовать, если ФЧХ имеет вид φ(f) = – a f.

Степень ФИ оценивается разностью между максимальным и мини­мальным значением производной dφ/df в заданном диапазоне частот. Поскольку орган слуха человека не реагирует на изменение фазовых соотношений между отдельными составляющими сигнала, то в УЗЧ ФИ не нормируется. ФИ не влияют и в случае использования усилителя в це­пи вольтметра, реагирующего на среднее и среднеквадратическое зна­чения измеряемого напряжения, но снижает точность измерения для пикового вольтметра.

2.6.3. Переходные искажения

При усилении импульсных сигналов (разд. 1.2) необходимо контро­лировать форму сигнала. Любое несовпадение форм входного и выход­ного сигналов следует рассматривать как искажения. Из интеграла Дюамеля (2.11) следует связь между ПХ и искажениями формы усилива­емого сигнала. Если ПХ идеальна, т.е. изменяется по закону единич­ной функции (2.10), то формы входного воздействия a(t) и реакции цепи b(t) будут совпадать (2.11). Поэтому количественная оценка ПИ основана на сравнении реальной и идеальной ПХ. Отличие этих харак­теристик обусловлено наличием в схеме реактивных элементов (емкос­тей и индуктивностей) . Различают ПИ в области малых и больших вре­мен. Для удобства их определения используют нормированные ПХ двух видов: в области больших и малых времен (рис. 2. 9).

К ПИ в области малых времен (т.е. к искажениям фронта ПХ) от­носят время установления t_y и относительный выброс  (рис.2.9,а). Время установление – это время, в течение которого нормированная ПХ изменяет свое значение от уровня 0,1 до уровня 0,9. Выброс  – максимальное превышение выходным сигналом своего установившегося значения  = (h_нор._макс – 1) 100 %.

В области больших времен ПИ оцениваются неравномерностью вер­шины прямоугольного импульса (спадом) Δ за определенный промежуток времени, равный длительности входного импульса t_И. Из рис.2.9,б следует, что Δ = (1 – h_нор._макс(t_И))100 %. В высококачественных усили­телях  ≤ 10 %, Δ ≤ 10 % и t_У ≤ (0.1...0.3) t_И. Так как обычно t_И >> t_У, то для изображения фронта и плоской части ПХ приходится использовать два отдельных графика с масштабами времени, отличающимися на несколько порядков. Если ПХ отдельных каскадов n-каскадного усилителя носят моно­тонный характер, то общее время установления усилителя t_УN равно

П ри _m ≠ 0 (колебательный переходной процесс) время установления t_yN будет несколько меньше, чем вычисленное по формуле (2.13). Ес­ли спад плоской вершины отдельных каскадов многокаскадной схемы Δ_m < 10 %, то для n - каскадного усилителя