Zniekształcenia liniowe i nieliniowe

1. zniekształcenia nieliniowe – wywołane np. przez nieliniowość charakterystyk statycznych niektórych elementów wzmacniacza ( tranzystora, transformatora z rdzeniem itp.) oraz szumy i zakłócenia . W wyniku nieliniowości elementów wzmac-niacza, zależność między napięciem ( lub prądem ) wejściowym i wyjściowym nazywana charakterystyką przenoszenia lub liniowości nie jest liniowa ( rys.1).















Rys.1 : Charakterystyka przejściowa ( liniowości ) wzmacniacza

W obszarze sygnałów o małej amplitudzie (Uwe ≤ Uwe max ) charakterystyka wykazuje prostoliniową zależność, ulega zakrzywieniu w miarę wzrostu amplitudy sygnału wejściowego. Im silniejsze zakrzywienie charakterystyki, tym większe zniekształcenia sygnału wyjściowego powoduje wzmacniacz.
W każdym wzmacniaczu pojawiają się pewne napięcia zmienne niezależne od sygnału, są to szumy powodowane np. przez pracujące elementy półprzewodnikowe
i rezystancyjne oraz tętnienia napięcia spowodowane niedoskonałą filtracją źródeł zasilania. Poziom szumów i zakłóceń ogranicza możliwości wzmacniania sygnałów użytecznych o bardzo małej amplitudzie, gdyż te powinny posiadać amplitudę znacznie większą. Ze względu na powyższe zjawiska rzeczywista charakterystyka liniowości nie rozpoczyna się w początku układu współrzędnych.
Zniekształcenia nieliniowe występują zarówno przy wzmacnianiu sygnałów stałych , jak i zmiennych. W konsekwencji napięcie ( prąd ) wyjściowe zawiera oprócz harmoni-cznej podstawowej, również składowe nie istniejące w sygnale wejściowym . Ocena następstw zniekształcenia nieliniowego polega na pomierzeniu i porównaniu wartości skutecznych amplitud przebiegów o niepożądanych częstotliwościach z wartością skuteczną całego przebiegu, tj. napięcia podstawowej i niepożądanych harmonicznych.

Wyraża ją liczbowo współczynnik zawartości harmonicznych :



Przy czym symbole Uwy 1, Uwy 2 , U wy 3 ... itd. oznaczają wartości skuteczne poszczególnych harmonicznych napięcia wyjściowego.


2. Zniekształcenia liniowe, są wywołane niejednakowym przenoszeniem przez wzmac-niacz sygnałów wejściowych o różnych częstotliwościach. Zależność modułu wzmoc-nienia od częstotliwości określa charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa













Rys.2 : Przykładowa charakterystyka amplitudowa – częstotliwościowa wzmacniacza

Przy określonej częstotliwości lub w określonym paśmie ma ona maksimum równe Kum . Dwie częstotliwości, przy których wzmocnienie ulega zmniejszeniu są nazywane częstotli-wościami granicznymi dolną fd i górną fg .We wzmacniaczach elektronicznych jako typowe przyjęto określać je przy zmniejszeniu wzmocnienia do wartości Kum / ( w mierze logarytmicznej odpowiada to wartości – minus 3 dB). Malenie wzmocnienia przy małych częstotliwościach powodowane jest wzrostem reaktancji kondensatorów sprzęgających
i emiterowych wzmacniacza. W zakresie dużych częstotliwości charakterystyka opada ze względu na malenie ze wzrostem częstotliwości wzmocnienia tranzystorów, a także z powodu istnienia w układzie pojemności montażowych i pasożytniczych. W środkowej części charakterystyki wzmocnienie praktycznie nie zależy od częstotliwości. W tym przedziale zmian częstotliwości nazywanym zwyczajowo zakresem średnich częstotliwości, można traktować wzmacniacz jako układ bez ograniczeń częstotliwościowych.
Układ wzmacniacza powinien posiadać parametry dopasowane do źródła sygnału oraz do obciążenia .Od wzmacniacza napięciowego wymaga się dużej impedancji wejściowej i małej impedancji wyjściowej, dla prądowego – małej impedancji wejściowej i dużej wyjściowej.
W sposób praktyczny parametry wzmacniacza kształtowane są przez sprzężenie zwrotne, zwykle ujemne. Sprzężenie takie polega na przekazywaniu części sygnału wyjściowego ( na-pięciowego lub prądowego ) z wyjścia układu na jego wejście. Sprzężenie zwrotne, oprócz kształtowania charakterystyki przejściowej zmniejsza m.in. zniekształcenia, zakłócenia i szumy własne, kształtuje charakterystykę częstotliwościową, impedancję wejściową
i wyjściową, poprawia stałość parametrów i stabilność pracy wzmacniacza.
Zniekształcenia liniowe amplitudowe występują wówczas gdy wzmocnienie nie jest stałe w wystarczająco szerokim zakresie częstotliwości. Zniekształcenia liniowe fazowe występują wówczas gdy fazy sygnałów o różnych częstotliwościach tworzą złożony sygnał. Naruszenie fazy sygnału na wyjściu wzmacniacza uniemożliwia uzyskania ponownie tego sygnału. Tylko wzmacniacz o liniowej charakterystyce fazowej nie wprowadza zniekształceń fazowych