4.2 Фазовые искажения

Если электрическая цепь содержит участки с реактив­ными сопротивлениями, то при изменении частоты сигнала будут изменяться не только действующие значения токов и напряжений на участках цепи, но и фазовые соотношения между сигналами с различными частотами. В схеме усили­теля переменного тока всегда имеются реактивные элемен­ты, поэтому фаза выходного напряжения отличается от фа­зы напряжения на входе.

Сложный электрический сигнал содержит как колеба­ния основной частоты, так и колебания высших гармоник с определенными сооотношениями фаз. Зависимость угла сдвига фаз от частоты усиливаемых колебаний вызывает изменение фазовых соотношений между составляющими сложного сигнала и, как следствие, изменение формы сигна­ла на выходе.

Изменение фазовых соотношений между составляющими сложного сигнала на выходе усилителя по сравнению с их соотношением на его входе называют фазовыми искажениями усилителя.

Графическое изображение зависимости угла сдвига фаз от частоты называется фазовой характеристикой (рис.14).

Если фазовые соотношения между составляющими слож­ного сигнала на выходе усилителя не изменяются, то фазо­вые искажения отсутствуют.

Фазовые искажения отсутствуют не только тогда, когда угол сдвига фаз между входным и выходным напряжениями в рабочем диапазоне частот неизменен, но и тогда, когда этот угол изменяется пропорционально частоте высших гармоник сигнала (рис.14, характеристика 2).

Нелинейность фазовых характеристик является приз­наком фазовых искажений. Фазовые искажения усилителей звуковых частот обычно во внимание не принимают.

В усилителях телевизионных сигналов и в радиолока­ционных приемниках фазовые искажения могут заметно изменить воспроизведение изображения на трубке прием­ника.

Рисунок 14 – Фазовые характеристики ре­ального (1) и идеального (2) усилителей

Для получения удовлетворительного воспроизведения изображения необходимо, чтобы сдвиги угла фаз на край­них частотах диапазона всего канала усиления не превыша­ли 15—20°.

Фазовые искажения не сказываются на качестве воспроизведения звуковых сигналов. Однако при передаче сигналов изображения (телевидение, фототелеграфия) и сигналов с угловой модуляцией (ЧМ и ФМ) нелинейность фазовой характеристики вызывает существенное ухудшение качества воспроизведения.

Линейные искажения импульсных сигналов возникают в результате переходных процессов в цепях, содержащих реактивные элементы. Поэтому такие искажения приводят к изменению формы импульсного сигнала и называются переходными.

Для оценки приемника на переходные искажения используют переходную характеристику.

Переходной характеристикой называют график, показывающий, как изменяется во времени напряжение сигнала на выходе приемника при воздействии на его входе единичного скачка модулируемого параметра (амплитуды, частоты или фазы).

Параметры переходной характеристики (рис.15):

Рисунок 15 – Переходная характеристика для огибающих

где - время установления;

- время запаздывания, за которое выходное напряжение достигает 50% установившегося;

Θ - выброс.

Чем больше амплитуды высших гармонических составляющих в выходном сигнале и чем шире полоса пропускания приемника, тем меньше время нарастания и время запаздывания.

Нелинейные искажения – это искажения формы сигнала в результате появления в спектре выходного напряжения гармонических составляющих, отсутствовавших в модулирующем спектре.

Как линейные, так и нелинейные искажения возникают во всем тракте радиоприемника от входа до выхода. В высокочастотном тракте до детектора важно сохранение закона модуляции радиосигнала. Поэтому здесь решающее значение для качества воспроизводимого сигнала имеют те искажения, которые вносят наиболее существенные изменения в закон модуляции.

При приеме сигналов с амплитудной модуляцией существенное влияние на качество воспроизведения имеют частотные и нелинейные искажения. Поэтому основное значение имеют амплитудно-частотная и амплитудная характеристики.

В случае приема сигналов с угловой модуляцией качество воспроизведения зависит от искажения закона модуляции частоты или фазы. При этом главную роль играет фазово-частотная характеристика, нелинейность которой вызывает нелинейные искажения сигнала на выходе приемника.

Главным при приеме импульсных сигналов является сохранение их формы. Основной характеристикой, показывающей качество воспроизведения в этом случае, является переходная характеристика.