§ 18. Спотворення при підсилюванні.

Кожний підсилювач повинен працювати так, щоб форма підси­леного сигналу точно відповідала формі сигналу на його вході. Графік підсилення на рис. 56 відповідав цій вимозі — синусої­дальна напруга на сітці лампи викликала появу синусоїдальної змінної складової анодного струму тієї ж частоти. Таким чином, підсилення відбувається без спотворення форми сигналу.

Розглянемо тепер випадок підсилення, коли робоча точка оби­рається не на середині прямолінійної дільниці характеристики. Нехай на сітку тієї ж лампи подано напругу зміщення U ́_c.0(рис. 58),

що відповідає вибору робочої точки O_{1 ъ} а змінна напруга подається та ж сама, що й у попередньому прикладі. Завдяки тому, що робо­ча точка знаходиться на нижньому згині характеристики, при мит­тьових значеннях напруги на сітці, нижчих за U"_с, лампа буде «за­пертою» і анодного струму не буде. Таким чином, анодний струм через лампу йтиме з перервами і, зрозуміло, форма змінної складо­вої його аж ніяк не буде синусоїдальною, як сіткова напруга. Не­відповідність форми напруг на вході і виході підсилювача при цьо­му очевидна.

Риє. 58. Графічне зображення роботи підсилювальної лампи з нелінійними спотвореннями.

Такі спотворення підсилюваного сигналу внаслідок кривизни або обмеженості характеристики лампи називаються неліній­ними спотвореннями. Цей вид спотворень є дуже небез­печним для будь-яких підсилювачів.

У підсилювачах звукової частоти помітні нелінійні спотворен­ня виявляться як хрип, деренчання, нерозбірливість мови.

Однією з причин, що викликає появу нелінійних спотворень, може бути робота лампи за наявності сіткових струмів. Якщо лампа працює в такому режимі, коли існують сіткові струми, а в сітково­му колі ввімкнено великий опір, то від проходження сіткового стру­му через цей опір на останньому відбувається спадання постійної напруги. Ця напруга додаватиметься до напруги зміщення і викли­катиме пересування робочої точки по характеристиці, а це може спри­чиняти, як ми тільки що розглянули, появу нелінійних спотворень.

Для оцінки нелінійних спотворень вводять поняття коефіцієнта нелінійних спотворень. Очевидно, що за наявності нелінійних спо­творень підсилювач перетворить синусоїдальну за формою напругу, подавану на його вхід, у несинусоїдальну на виході. Математично можна довести, що всяку несинусоїдальну, але періодичну напругу (або струм) можна уявити як суму синусоїдальних напруг (або стру­мів) з кратними частотами, тобто такими, що відносяться між собою, як цілі числа — 1 : 2 : 3 : 4...

Складова найнижчої частоти називається основною, а складові з вищими частотами — гармоніками (це відомо з фізики). Коефіцієнт нелінійних спотворень характеризує процент­ний вміст гармонік у напрузі на виході підсилювача при подачі на вхід його чисто синусоїдальної напруги.

Якщо у підсилювачі звукової частоти коефіцієнт нелінійних спотворень лежить у межах 2—5%, наше вухо не помічатиме нелі­нійних спотворень: при значеннях його до 15% передача лиша­тиметься задовільною, до 20 % — ледве задовільною, а вище 20 % — буде зовсім нерозбірливою.

Другим видом спотворень є так звані частотні спо­творення. Для натуральної передачі підсилювач повинен сигна­ли всіх частот звукового діапазону підсилювати рівномірно, тобто коефіцієнт підсилення на всіх частотах повинен лишатися сталим. В дійсності ж такого положення не існує, В усіх підсилювальних схемах застосовують деталі з реактивним опором (конденсатори, котушки). Навіть тоді, коли таких деталей у схемі безпосередньо нема, все ж існують ємності між проводами та ємності між електро­дами лампи (так звані внутрішньолампові ємності). Величина реак­тивного опору, як відомо з електротехніки, залежить від частоти, а тому наявність реактивних опорів у підсилювальній схемі кінець кінцем призводить до того, що вихідна напруга, а отже, і коефіцієнт підсилення залежать від частоти сигналу.

Частотні спотворення підсилювача характеризуються його ча­стотною характеристикою, яка є графіком залежності коефіцієнта підсилення від частоти підсилюваного коливання (рис. 59).

Чим менші частотні спотворення у підсилювачі звукової часто­ти, тобто чим прямолінійніша його частотна характеристика в діа­пазоні звукових частот, тим натуральніше відтворюватиметься тембр звучання. При значній нерівномірності частотної характеристики тембр звучання може спотворитись, музичний інструмент чи голоси будуть невпізнанними або навіть нерозбірливими.

Дуже часто на прак­тиці коефіцієнт підси­лення визначають в ло­гарифмічних одиницях, які називаються деци­белами. Якщо на вхід підсилювача подається змінна напруга з амплі­тудою 0,01 в, а на ви­ході підсилювача амплі­туда сигналу станови­тиме 10 в, то коефіцієнт підсилення

K=

В логарифмічних одиницях коефіцієнт підсилення (у децибелах) виражається двадцятьма десятковими логарифмами відношення вихідної напруги до вхідної:

B=20 lg

Рис. 59. Частотна характеристика підсилювача.

Для нашого прикладу коефіцієнт підсилення у логарифмічних одиницях

B=20 lg дб

При побудові різ­них частотних харак­теристик по осі орди­нат коефіцієнт підси­лення найчастіше від­кладається у децибе­лах (рис. 60).

t

Рис. 60. Частотна характеристика підсилювача (коефіцієнт підсилення відкладено у децибелах).