Фоновый шум в усилителях

September 14, 2013 by admin Комментировать »

Если осциллограф обладает достаточной чувствительностью, то его можно использовать для измерения уровня внутреннего шума усилителя, а также для обнаружения фона переменного тока, генерации и т.п. Осциллограф должен позволять измерять напряжения на входе величиной менее 1 мВ (и даже значительно ниже для усилителей на ИС).

Принцип измерений заключается в определении величины выходного напряжения усилителя с максимальным значением усиления или громкостью, но без подачи входного сигнала. Можно использовать и измеритель уровня сигнала, но осциллограф позволяет наблюдать визуально частоту и характерные свойства шумового сигнала. Усиление осциллографа необходимо увеличивать до тех пор, пока на экране не будут наблюдаться шумы, фон или другие помехи.

Появление напряжения шума может быть вызвано наведенными помехами в проводах, соединяющих усилитель и осциллограф. При сомнениях такого рода отсоедините провода от усилителя (но не от осциллографа). Если вы предполагаете, что имеется фон сетевого питающего напряжения с частотой 60/50 Гц (наводки от источника питания либо другого источника), установите переключатель синхронизации осциллографа в положение «от сети». Появление стационарного изображения сигнала означает, что его происхождение связано с фоновым сигналом сети переменного тока, воздействующим на схему. Если изображение сигнала нестабильно при синхронизации «от сети», то его природа, скорее всего, связана с генерацией в усилителе либо наводками через паразитные емкости. В этом случае закоротите входные клеммы усилителя. Если этот сигнал сохранился, можно предположить наличие генерации в схеме усилителя.

В современных усилителях на интегральных микросхемах внутренние или фоновые шумы гораздо ниже уровня 1 мВ, и их практически невозможно измерить даже очень чувствительным осциллографом. В таких ситуациях необходимо использовать промежуточный усилитель для усиления сигнала, подаваемого на осциллограф (см. рис. 6.18). Проверяемая интегральная микросхема включена для получения высокого значения усиления по напряжению в качестве первого каскада усиления. Суммарное усиление по напряжению достигает 50 000. Такое усиление позволяет обнаружить и записать на диаграммном самописце напряжение шума (см. рис. 6.19). Уровень шумов измеряется в десятисекундном интервале, значение полного размаха амплитуды напряжения (от пика до пика) составляет 25 нВ.

Рис. 6.18. Схема измерения уровня шумов в диапазоне частот 0,1 -10 Гц

Примечание к рис. Проверяемый прибор должен предварительно прогреваться не менее 3 мин и быть защищен от потоков воздуха.

Рис.6.19

Типичная диаграмма шума усилителя (запись на диаграммном самописце в десятисекундном интервале)

Отношение сигнал/шум

Для ряда усилителей на ИС отношение сигнал/шум проверяется вместо измерений фонового шума (а иногда и дополнительно). Схема измерений такая же, как и для измерения уровня нелинейных искажений, за исключением того, что анализатор нелинейных искажений не используется.

Измерение отношения сигнал/шум характеризует отношение фонового шума к амплитуде сигнала при работе усилителя в определенных условиях. Например, для схемы, приведенной на рис. 6.16, амплитуда входного сигнала увеличивается до тех пор, пока выходной сигнал не достигнет уровня 150 мВт, после чего определяется значение выходного напряжения в децибелах. Затем входной сигнал отключается, но входные выводы остаются соединенными через имеющиеся резисторы и емкости, вот почему выходной сигнал определяется только напряжением шумов самой ИС. Уровень напряжения шума также измеряется в децибелах, после чего рассчитывается отношение сигнал/шум.

6.1.22. Скорость нарастания и переходные характеристики

Скорость нарастания представляет собой максимальную скорость изменения выходного напряжения усилителя при условии сохранения линейности характеристик (симметричный выход без нелинейных искажений). Этот параметр обычно приводится в разделе «Переходные характеристики» технических условий. К переходным характеристикам также относятся время нарастания, время установления выходного напряжения ОУ, выброс на фронтах импульса и иногда размах колебаний на вершине.

Скорость нарастания выходного напряжения определяется делением приращения выходного напряжения на время, соответствующее этому приращению, – dVBbIX / dt. Обычно размерность этой величины – В/мкс. Например, если нарастание величины выходного напряжения усилителя составило 7 В за 1 мкс, то скорость нарастания напряжения будет равна 7 B/мкс. Основное влияние этого фактора на работу схем заключается в том, что большая скорость нарастания выходного напряжения позволяет получить большую выходную мощность.

Если известна скорость нарастания выходного напряжения, то можно приблизительно оценить ширину полосы пропускания по мощности усилителя, используя следующее соотношение:

Полная ширина полосы пропускания по мощности (в мегагерцах) –

Например, в технических условиях для интегральной микросхемы НА-2529 фирмы Harris типовое значение скорости нарастания выходного напряжения равно 150 В/мкс, а двойное амплитудное значение выходного напряжения (от пика до пика) составляет±10 В (пиковое значение выходного напряжения — 10 В). Тогда, пользуясь приведенным выше соотношением, получим:

Отметим, что указанное в паспортных данных для ИС НА-2529 значение полной ширины полосы пропускания по мощности составляет 2,1 МГц (минимальное значение) и 2,6 МГц (типовое значение).

Наиболее простой способ определения скорости нарастания выходного напряжения усилителя заключается в измерении крутизны переднего фронта импульса выходного напряжения при подаче на вход сигнала прямоугольной формы (см. рис. 6.20). При этом время нарастания входного прямоугольного сигналадолж- но быть очень малым, чтобы не вносить дополнительные погрешности в измерения. В итоге форма импульса выходного напряжения будет отличаться от прямоугольной и иметь сглаженную форму. В приведенном примере скорость нарастания (и спада) выходного напряжения составляет примерно 40 В/мкс (40 В за 1 мкс). Следует отметить, что скорость нарастания выходного напряжения обычно определяют в режиме с замкнутой обратной связью. Как правило, скорость возрастает с увеличением усиления.

На рис 6.21a,6 приведены примеры измерения скорости нарастания выходного напряжения, времени нарастания, времени установления выходного напряжения, выбросов на фронтах импульсов и размаха колебаний на вершине. На рис. 6.21в,г

Измерение скорости нарастания выходного напряжения

Примечание к рис. В приведенном примере скорость нарастания выходного напряжения составляет около 40 В/мкс при единичном коэффициенте усиления. Входной сигнал прямоугольной формы должен обладать минимальным временем нарастания. Размах выходного напряжения (двойное амплитудное значение) равен 40 В.

представлены схемы измерения скорости нарастания выходного напряжения, переходных характеристик и диапазона регулировки напряжения смещения для типового ОУ на ИС (НА-2529 фирмы Harris), а на рис. 6.21д – осциллограммы сигналов.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты