3. kapitola: Útlum, zesílení, zkreslení, korekce signálu (rozšířená osnova)

Punčochář, J: AEO; 3. kapitola

1

3. kapitola: Útlum, zesílení, zkreslení, korekce signálu (rozšířená osnova)

Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět •

používat správně uvedené pojmy

•

rozlišit zkreslení (lineární, nelineární, funkční)

•

aplikovat uvedené poznatky pro korekci signálu

•

premfáze, deemfáze

Výklad

U každého elektronického systému by bylo nejvhodnější definovat přenos P, jako poměr výstupní veličiny ku veličině vstupní (specielně v radiotechnice se pojem přenos používá v trochu jiném smyslu). Z tohoto hlediska je vlastně zavádění pojmů jako útlum či zesílení naprosto nadbytečné. Protože se však tyto termíny historicky „vyvinuly“, pojmenujme je: - je – li přenos struktury větší než 1, hovoříme o zesílení. - je – li přenos struktury menší než 1, hovoříme o útlumu. Vyjadřujeme – li „situaci“ v dB, vycházíme z výkonové definice: PdB = 10 ⋅ log (( P2 / P1 ) Pro „napěťové“ dB na stejném odporu R potom obdržíme

( ) ( )

 U 22 / R   = 20 ⋅ log (U 2 / U 1 ) 10 ⋅ log(( P2 / P1 ) = 10 ⋅ log 2 U / R  1 


2

Pokud si přejeme vyjadřovat zesílení i útlum pomocí kladných čísel (dB), vede to k naprosto jasné definici: „zesílení“ (1
„útlum“ (U2/U1< 1) = αdB = 20 ⋅ log (U 1 / U 2 ) = 20 ⋅ log (U 2 / U 1 ) = −20 ⋅ log (U 2 / U 1 ) = − AdB −1

V reálném světě je jen velmi málo systémů, které jsou skutečně lineární. Řada reálných systémů se však - zejména v okolí pracovních bodů - od lineárních systémů odlišuje jen málo a proto je lze s určitou mírou nepřesnosti za lineární považovat. Vzhledem k tomu, že popis i řešení problémů s lineárními systémy je nesrovnatelně jednodušší než v případě systémů s nelinearitami, omezíme se tam, kde je to možné (malé, nefunkční, parazitní, nelinearity) na linearizované modely - nejprve linearizujeme systém. Skutečný systém nahradíme jeho modelem, který v okolí pracovního bodu s dostatečnou přesností nahradí původně nelineární vztahy lineárními rovnicemi (zesilování signálu, filtrace, korekce). Kromě těchto nelinearit se však v elektronických systémech vyskytují i tzv. podstatné (funkční) nelinearity, zaváděné úmyslně. Nelze je linearizovat obvykle nelze, protože nelinearita je funkčně využita (usměrňovače, směšování, modulace, demodulace). Význačným znakem nelineárního obvodu je to, že při zavedení jednoho harmonického signálu vznikají vyšší harmonické složky (důsledek nelineárního matematického modelu – lze využít například pro násobení kmitočtů). Při zavedení více harmonických složek vznikají i složky součtové a rozdílové – lze využít pro modulaci. Při průchodu harmonického signálu linearizovanou soustavou můžeme míru nežádoucí tvarové deformace popsat pomocí činitele nelineárního zkreslení (harmonického signálu): k=

U 22 + U 32 + U 42 + L U1

nebo k =

U 22 + U 32 + U 42 + L U 12 + U 22 + U 32 + U 42 + L

U k je efektivní hodnota k – té harmonické složky. Je zřejmé, že nelineární obvod je schopen spektrum vstupního signálu rozšířit o nové složky (násobky, součtové, rozdílové). Je ale také známo, že i lineární obvody mohou měnit spektrum vstupujícího signálu. Nikdy ovšem nevznikají nové spektrální složky, pouze se mění amplituda nebo fáze spektrálních složek vstupujícího signálu. Tato zkreslení se dost často označují jako lineární zkreslení – Žalud, str. 356 – kmitočtová zkreslení. „Chtěné lineární zkreslení“ – podle požadavků upravujeme spektrum signálu – filtry, korektory. „Nechtěné lineární zkreslení“ – viz Žalud, str. 356 až 360. Heslo ze slovníku cizích slov: korekce • oprava, náprava, zlepšení • cela pro nápravu vězňů


3

Je zřejmé, že se bude jednat o zlepšení signálu podle potřeby a fyzikálních možností. Příkladem korekčních obvodů pro zlepšení šumových poměrů (v přesně definované situaci) jsou obvody preemfáze a deemfáze – zlepší se šumové poměry – viz. Žalud, str. 120. Nejběžnější korekcí v oblasti nf techniky jsou korektory typu hloubky/výšky nebo pásmové korektory – např. Punčochář: Operační zesilovače v elektronice, str.409 – 412.


4


5

U tranzistorového zesilovače, který pracuje na kmitočtu f < 3fT/h21E, je modul proudového činitele přenosu nepřímo úměrný tomuto kmitočtu. Má-li být v zachována neměnnost amplitudy kolektorového proudu v celém kmitočtovém rozsahu zesilovače, musíme zabezpečit lineární růst amplitudy bázového proudu při růstu pracovního kmitočtu. Při návrhu vstupního přizpůsobovacího obvodu proto musíme vzít v úvahu charakter vstupní impedance tranzistoru. Při f ≥ 3fT/h21E a při reálné hodnotě zátěže v kolektoru tranzistoru má vstupní impedance Zˆ pro zapojení SE pro libovolný pracovní režim kmitočtově nezávislou reálnou vst


6

složku rvst a imaginární složku induktivního charakteru Xvst = jωLvst. Pro tento případ může být jako přizpůsobovací obvod, korigující frekvenční závislost proudového přenosu, použit obvod, který vytvoří spolu se vstupní reaktancí tranzistoru sériový nebo paralelní kmitavý okruh znázorněný na obrázku Obr. 7.17 - Prokeš, A.: Rádiové přijímače a vysílače - str. 125.


Text k prostudování [1] Žalud, V.: Moderní radioelektronika, BEN - technická literatura Praha 2000, ISBN 80-86056-47-3; str. 356 až 360,str. 120

Další studijní texty Punčochář, J.: Operační zesilovače v elektronice. BEN – technická literatura, Praha 2002 (5. vydání), str. 409 až 412 [3] Prokeš, A.: Rádiové přijímače a vysílače. VUT v Brně, 2005, ISBN 80-214-2263-7, str. 125

Otázky Pro ověření, že jste dobře a úplně látku kapitoly zvládli, máte k dispozici několik teoretických otázek. 1. Definujte vztah mezi pojmy přenos, zesílení a útlum. 2. Funkční a nefunkční nelinearita, kdy lze linearizovat? 3. Funkční a nefunkční nelinearita, kdy nelze linearizovat? 4. Definujte činitel nelineárního zkreslení. 5. Změna spektra v nelineárním a lineárním obvodu. 6. Co je to lineární (frekvenční) zkreslení, „chtěné“, nežádoucí? 7. Korektor hloubky/výšky? 8. Pásmový korektor? 9. Preemfáze, deemfáze? 10. Korekce frekvenční závislosti proudového zesilovacího činitele tranzistoru?

' Odpovědi naleznete v uvedené literatuře. Úlohy k řešení Klíč k řešení Autokontrola Pokud vyřešíte správně více než 2/3 problémů a otázek, můžete přejít ke studiu dalšího tématu.

7

3. kapitola: Útlum, zesílení, zkreslení, korekce signálu (rozšířená osnova)

Recommend Documents