Нелинейные искажения (НИ) – это изменение формы усиливаемого сигнала, обусловленное наличием в схеме нелинейных элементов (биполярных и полевых транзисторов, аналоговых ИМС, трансформаторов, дросселей, диодов и др.). НИ зависят от уровня сигнала. Чем выше этот уровень, тем, как правило, больше нелинейные искажения. При НИ (в отличие от линейных) в спектре выходного сигнала появляются дополнительные частотные составляющие, которые отсутствуют в спектре входного сигнала.
На рис.2.10 показано возникновение нелинейных искажений за счет нелинейности проходной динамической характеристики БТ. Периодический, но не гармонический выходной ток iК можно разложить в ряд Фурье
где I
СР – постоянная составляющая (среднее значение); ω
1 – основная частота (первая гармоника) сигнала; n – номер гармоники; nω
1 – частоты высших гармоник; I
nm, φ
m – амплитуда и фаза n-й гармоники.
При усилении гармонических сигналов уровень нелинейных искажении оценивается коэффициентом гармоник.
Вместо амплитуд гармоник тока в (2.16) можно использовать действующие значения токов, действующие или амплитудные значения напряжений или соответствующие активные мощности. В инженерной практике для оценки нелинейных искажений обычно достаточно знания уровня первых четырех гармоник, поскольку с увеличением номера гармоники ее интенсивность падает. При несимметричных искажениях (рис.2.10) преобладают высшие четные гармоники, особенна вторая. Если же искажения симметричны (рис.2.11), то наибольший уровень имеют нечетные высшие гармоники (в частности, третья).
Если kr< 0,5 %, то на слух нелинейные искажения практически не воспринимаются. Минимум нелинейных искажений или их отсутствие означают линейность усилителя. При усилении звуковых сигналов вещательных трактов 1-го класса максимальный коэффициент гармоник не должен превышать 2,6 % на средних частотах и 4 % на нижних. Для измерительных усилителей коэффициент гармоник нередко составляет величину десятые или сотые доли процента.
При усилении импульсных сигналов уровень нелинейных искажений оценивается
коэффициентом нелинейности.
где k
макс и k
мин- наибольшее и наименьшее значения производной в пределах используемого участка характеристики, например для рис.2.11 k = du
2/du
1.
