Динамический диапазон усилителя: Основные параметры усилителя — Практическая электроника

Основные параметры усилителя — Практическая электроника

Каждый электронщик должен знать основные параметры усилителя, так как усилитель в электронике используется абсолютно везде. В этой статье мы рассмотрим самые важные параметры усилителей.

Входное и выходное сопротивление

Кто в первый раз сталкивается с этими понятиями, читайте эту статью. Кому лень читать, вкратце объясню здесь из прошлой статьи. Каждый усилительный каскад имеем свое входное и выходное сопротивление. На схеме R_вх и R_вых

Входное сопротивление усилителя находится по формуле R_вх =U_вх / I_вх . Думаю, здесь вопросов возникать не должно. Эта формула справедлива как для постоянного тока, так и для переменного. В случае с постоянным током — это у нас будет усилитель постоянного тока (УПТ).

Немного иначе обстоят дела с выходным сопротивлением. В теории, можно замкнуть выходные клеммы 3 и 4 накоротко. В этом случае во выходной цепи усилителя у нас появится ток короткого замыкания I

_кз

Более наглядно:

Ну и по закону Ома нетрудно догадаться, что R_вых = E_вых / I_{кз .} Но как же найти Е_вых ? Достаточно разомкнуть цепь и просто и замерить напряжение мультиметром. Это и будет E_вых. Физический смысл очень простой. Так как вольтметр обладает очень высоким входным сопротивлением, то в цепи у нас почти не будет течь ток, так как по закону Ома I=U/R. А если сопротивление нагрузки бесконечно большое, то, следовательно, I_кз будет бесконечно малое.

В этом случае этим бесконечно маленьким током можно пренебречь и считать, что в цепи нет никакой силы тока. А раз сила тока равна нулю, то  и падение напряжения на

R_вых также будет равняться нулю или формулой: U_Rвых = IR_вых = 0 Вольт. Следовательно, на клеммах 3 и 4 мы будем замерять E_вых .

Выходное сопротивление усилителя можно найти двумя способами: теоретическим и практическим. Теоретический способ, часто сложен, поскольку неизвестны многие параметры «черного ящика», называемого усилителем. Проще определить выходное сопротивление практическим путем.

[quads id=3]

Как найти выходное сопротивление на практике

Что нужно для этого? Номинальная мощность усилителя и допустимое напряжение на выходе. Не важно — усилитель это постоянного или переменного тока (напряжения). Тестирование усилителя любого типа желательно выполнять на уровне 70% допустимой выходной мощности. Это общая практика.

Если вы не забыли, мультиметр в этом случае нам покажет ЭДС  E_вых , т. е. в данном случае E_вых = U_вых .

 

Номинал нагрузочного сопротивления должен выбираться исходя из допустимого тока и мощности усилителя.

Пример:

Выходная мощность усилителя 10 Вт, допустимое выходное напряжение (эффективное) 100 В. В этом случае, резистор нагрузки должен иметь сопротивление не менее R=U²/P = 10000/10 = 1 кОм. Мощность резистора: P_R = U²/R = 10000/1000 = 10 Вт

Какой же физический смысл этого опыта? В результате этих шагов,  у нас цепь станет замкнутой, а два сопротивления, R_вых и R_н , образуют делитель напряжения. Сюда же можно приписать закон Ома для полной цепи, который выражается формулой:

где

I — сила тока в цепи, А

E — ЭДС, В

R — сопротивление нагрузки, Ом

r — внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Применительно к нашей ситуации, формула будет иметь такой вид:

Отсюда получаем:

Или словами, ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом сопротивлении.

Как вы могли заметить, падение напряжения на сопротивлении R_вых зависит от силы тока в цепи. Чем больше сила тока в цепи, тем больше падение напряжения на выходном сопротивлении R_вых . Но от чего же зависит сила тока в цепи? От нагрузки R_н ! Чем она меньше, тем больше сила I_вых в цепи, тем больше будет падение напряжения на R_вых , а значит, падение напряжения на U_Rн будет меньше.

Теперь, зная этот принцип, можно косвенно вычислить выходное сопротивление R_вых .

Шаг номер 3: Замеряем напряжение на нагрузке U_Rн. Вспоминаем формулу выше:

отсюда

из формулы

Получаем, что

Далее что нам требуется — это увеличивать входное напряжение и снимать выходное напряжение — так мы увидим всю нелинейность выходной характеристики от тока и сможем замерить выходное сопротивление в диапазоне нагрузок, так как большинство усилителей мощности имеют нелинейность выходного сопротивления от допустимого тока нагрузки.

Коэффициент усиления

Про коэффициенты усиления мы писали еще в прошлой статье.

Рабочий диапазон частот

Рабочий диапазон — это диапазон частот, где коэффициент усиления изменяется в допустимых пределах, заданных в технических условиях на усилитель. Для этого надо построить АЧХ усилителя. Обычно этот предел устанавливается на уровне -3 децибел.

Почему именно -3 дБ? В свое время так было удобнее учитывать передаваемую энергию. В полосе — 3 дБ передается 50% мощности сигнала.

Но иногда требуется незначительное изменение коэффициента усиления. Например, в -1 дБ. В этом случае рабочий диапазон частот усилителя будет меньше:

Собственные шумы усилителя.

Что же такое шум?

В электронике шумом называют беспорядочные колебания амплитуды сигнала, которые глушат полезный сигнал. Сюда же относятся разного рода помехи. Собственные шумы усилителя — это шумы, которые зарождаются как внутри самого усилителя, так и могут быть вызваны внешним источником помех, либо некачественным питанием усилителя. Давайте рассмотрим основные виды шумов усилителя.

Фон

Этот шум вызван некачественным питанием усилителя. Если источник питания собран на сетевом трансформаторе, то шум  будет на частоте 100 Гц (2х50Гц, по схеме диодного моста). То есть на выходе такого усилителя мы услышим гудение, если подцепим к выходу динамик.

Думаю, вы часто слышали такое выражение «что-то динамики фонят». Это все из этой серии.

Помехи и наводки

Это могут быть внешние источники, которые так или иначе действуют на усилитель. Это может быть наводка от сети 220 Вольт (очень часто ее можно увидеть, если просто прикоснуться к сигнальному щупу осциллографа), это также может быть какая-либо искра, которая образуется в свечах двигателей внутреннего сгорания.

Небольшое лирическое отступление. Помню, как смотрел диснеевские мультики по первому каналу, а через дорогу сосед пилил дрова с помощью бензопилы Дружба-2. Тогда на экране ТВ были такие помехи, что я  про себя тихо материл соседа.

Ну а как же без грозовых разрядов? Благодаря электромагнитному импульсу у нас появилось такое изобретение, как радио.

К источникам помех можно также отнести радио- и ТВ-станции, рядом лежащее и стоящее электрооборудование, типа мощных коммутационных механических ключей, разрядников и тд.

Ну и конечно, это шум самих радиоэлементов. Сюда относится тепловой шум (джонсоновский), дробовой шум, а также фликкер-шум.

Наиболее существенными являются шумы, которые возникают на входе усилителя в самом первом каскаде. Этот шум в дальнейшем усиливается также, как и входной полезный сигнал. В результате на выходе усилителя у нас будет усилен как полезный сигнал, так и шумовой. Поэтому, при проектировании качественных усилителей стараются как можно сильнее минимизировать шум на входе первого каскада усилителя.

Отношение сигнал/шум

Пусть у вас дома стоит телевизор, который ловит аналоговое вещание. На экране телевизора мы видим четкую картинку:

Но вдруг антенна на крыше вашего дома из-за сильного ветра чуток отклонилась в сторону и изображение ухудшилось

Потом антенна вообще упала с крыши, и на телевизоре мы видим теперь что-то типа этого

В каком случае отношение сигнал/шум будет больше, а в каком меньше? На первой картинке, где четкое изображение, отношение сигнала к шуму будет очень большое, так как не первой картинке мы простым взглядом не можем уловить каких-либо помех на изображении, хотя по идее они есть).

На второй картинке мы видим, что в изображении появились помехи, которые делают некомфортным просмотр картинки. Здесь отношение сигнала к шуму  уже будет намного меньше, чем на первой картинке.

Ну и на третьей картинке шумы почти полностью одолели изображение. В этом случае можно сказать , что отношение сигнала к шуму будет ну очень малым.

Отношение сигнал/шум является количественной безразмерной величиной.

В аналоговой электронике для нормальной работы усилителя полезный сигнал должен в несколько раз превышать шумы, иначе это сильно скажется на качестве усиления, так как полезный сигнал суммируется с шумовым.

Отношение сигнал/шум в англоязычной литературе обозначается как SNR или S/N.

Так как порой это отношение достигает очень больших значений в цифрах, поэтому чаще всего его выражают в децибелах:

где

U_cигнал —  среднеквадратичное значение полезного сигнала, В

U_шум  — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В

P_сигнал  — мощность сигнала

P_шум  — мощность шума

То есть в нашем случае с котиком на первой картинке амплитуда  полезного видеосигнала в разы превосходила амплитуду шума, поэтому первая картинка была четкой.

На третьей картинке амплитуда полезного видеосигнала почти была равна амплитуде шума, поэтому картинка получилась очень зашумленной.

Еще один пример. Вот синусоидальный сигнал с SNR=10:

А вот тот же самый синус с SNR=3

Как вы могли заметить, сигнал с SNR=10 намного «чище», чем с SNR=3.

SNR чаще всего можно увидеть при описании характеристик усилителя звука. Чем выше SNR, тем лучше по качеству звучания будет усилитель. Для HI-FI систем звучания этот показатель должен быть от 90 дБ и выше.  Для телефонных разговоров вполне достаточно и 30 дБ.

На практике SNR измеряется на выходе усилителя с помощью милливольтметра с trueRMS, либо с помощью анализатора спектра.

[quads id=3]

Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика усилителя — это зависимость амплитуды сигнала на выходе от входного сигнала при фиксированной частоте. Обычно она составляет 1 кГц.

Амплитудная характеристика идеального усилителя по идее должна выглядеть вот так:

Это луч, который начинается от нулевой точки отсчета координат и простирается в бесконечность.

Но на самом деле реальная амплитудная характеристика усилителя выглядит вот так:

Здесь мы видим, что если даже входное напряжение U_вх =0, то на выходе усилителя мы все равно получим какой-то уровень сигнала. Это будет напряжение шума U_ш .

Динамический диапазон усилителя

Динамический диапазон — это отношение максимально допустимого уровня выходного сигнала к его минимальному уровню, при котором  обеспечивается заданное отношение сигнал/шум:

Чтобы понять концовку определения «обеспечивается заданное отношение сигнал/шум» динамического диапазона, давайте рассмотрим наш рисунок:

Допустим, наш усилитель должен иметь SNR=90 дБ. Будет ли правильно, если мы возьмем U_{вых мин}  за  U_шум?

Конечно же нет!  В этом случае в этой точке на графике амплитуды сигнала и шума будут равны, а следовательно, по формуле

получим, что SNR=0 дБ.

Непорядок. Значит, надо взять такое значение U_вых , при котором бы соблюдалось равенство

Допустим, что U_шум =1 мкВ, подставляем в формулу

Из этого уравнения находим U_вых . Это  будет как раз являться U_{вых. мин.} для формулы:

при SNR=90.  В нашем случае это будет точка А.

U_{вых макс} берем в точке B, так как в этом случае это максимальное значение, при котором у нас в усилителе не возникают нелинейные искажения (о них чуть ниже).

Рабочая область усилителя будет обеспечиваться на отрезке АВ. В этом случае у нас будут минимальные искажения в сигнале, так как эта область линейная. Отношение максимально допустимого выходного сигнала к уровню шума — это предельный уровень динамического диапазона для аналогового усилителя.

Для усилителей звука выход за пределы этой рабочей области в большую сторону будет чреват нелинейными искажениями, а в меньшую — полезный сигнал задавят помехи. Да вы и сами, наверное замечали, что выкрутив на полную катушку ручку громкости дешевой китайской магнитолы, у нас качество звучания оставляло желать лучшего, так как в дело «вклинивались» нелинейные искажения.

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД представляет из себя отношение мощности на нагрузке усилителя к мощности, которая потребляется усилителем от источника питания

где

P_вых  — это мощность на нагрузке, Вт

P_и.п.  — мощность, потребляемая источником питания, Вт

Искажения, вносимые усилителем

Искажения определяют сравнением формы сигнала на входе и на выходе. Идеальным является усилитель, который в точности повторяет форму сигнала, поданного на вход. Но так как наш мир не идеален, и радиоэлементы тоже не идеальны, то и на выходе у нас сигнал будет всегда немного искаженный. Главное, чтобы эти искажения не были столь критичны.

В основном искажения делятся на 4 группы:

• Частотные
• Фазовые
• Переходные
• Нелинейные

Частотные искажения

Частотные искажения возникают вследствие того, что коэффициент усиления во всем диапазоне частот не одинаковый. Или простыми словами, какие-то частоты усиливаются хорошо, а какие-то плохо). Чтобы в этом разобраться, достаточно посмотреть на АЧХ усилителя.

В данном случае мы можем увидеть, что низкие и высокие частоты будут усиливаться меньше, чем средние частоты. А так как сложный сигнал состоит из множества частотных составляющих, вследствие этого и возникнут частотные искажения.

Фазовые искажения

Фазовые искажения возникают из-за того, что разные частоты с разной задержкой по времени появляются на выходе усилителя. Какие-то частоты запаздывают больше, а какие-то меньше. Давайте все это рассмотрим на примере двух картинок.

Допустим, мы «загоняем» на вход синусоидальный сигнал с низкой частотой и на выходе получаем уже усиленный сигнал, но немного с небольшой задержкой.

Но также не забывайте, что катушки и конденсаторы являются частото-зависимыми радиоэлементами. Их реактивное сопротивление зависит от частоты сигнала, поэтому, прогоняя через усилитель сигнал с другой частотой, мы получим уже совсем другую задержку сигнала

То есть в нашем случае t₁ ≠ t₂ . Хорошо это или плохо?  Если мы будем усиливать синусоиду, то в принципе нам по барабану. Какая разница раньше он появится на выходе или позже? Главное то, что сигнал будет усиленный.

Все бы ничего, но стоит помнить, что сложные сигналы состоят из суммы множества синусоид различных частот и амплитуд.

Чтобы понять, что такое сумма сигналов, достаточно рассмотреть вот такие примеры:

ну и еще один, мне не жалко)

Складываем амплитуды в одинаковые моменты времени и получаем сумму этих двух сигналов.

А вот так из разных синусоид разных частот складывается прямоугольный сигнал:

В данном случае мы пытаемся «собрать» прямоугольный сигнал из суммы синусоид разных амплитуд и частот.

Но так как у нас усилитель задерживает разные сигналы по частоте по-разному, то у нас между сигналами происходит разнобой. Лучше всего это объяснит рисунок ниже. Имеем два синусоидальных сигнала с разной частотой и амплитудой:

Если их сложить, получим сложный сигнал:

Но что будет, если второй сигнал сдвинется по фазе относительно первого?

Смотрим теперь сумму этих сигналов:

Абсолютно другой сигнал! Чувствуете разницу? Чуток сдвинули фазу, а форма сигнала уже поменялась.

То есть на выходе усилителя мы хотели получить вот такой усиленный сигнал:

а получили такой:

В результате фазовых искажений наш сложный сигнал, состоящий  из двух синусоид, поменял форму. На выходе усилителя мы получили совсем другой сигнал. А как вы помните, роль усилителя заключается в том, чтобы усиливать сигнал, сохраняя при этом его форму.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя — это график зависимости угла сдвига фаз, вносимого усилителем, от частоты. Выглядеть она может примерно вот так:

где

φ — это сдвиг фазы относительно входного и выходного сигнала

f — частота сигнала

Человеческое ухо не замечает фазовых искажений, несмотря на то, что даже изменяется форма сигнала. Поэтому при проектировании звуковых усилителей  фазовые искажения не принимают во внимание.

Частотные искажения и фазовые искажения относят к линейным искажениям, так как оба вида искажений  обусловлены линейными элементами схемы.   Если сказать по научному, у нас в спектре сигнала не появляется дополнительных гармоник.

Переходные искажения

Переходным искажением называют искажение прямоугольного импульса, которое подается на вход усилителя. На выходе такой импульс будет иметь уже другую форму, вызванную искажением сигнала внутри самого усилителя.

Для оценки переходных искажений используют переходную характеристику. Она представляет из себя зависимость напряжения или тока на выходе усилителя от времени от подачи на его вход прямоугольного импульса.

На рисунке ниже имеем прямоугольный сигнал, который подаем на вход усилителя, а на выходе усилителя уже будет искаженный усиленный сигнал. Это искажения вызваны, как обычно, с наличием в схеме усилителя реактивных радиоэлементов, то есть тех же самых катушек индуктивности и конденсаторов.

Для оценки переходных искажений используют такие параметры:

 

U_m — это амплитуда импульса, отсчитывается от плоской вершины импульса, В

ΔU_в — это выброс фронта импульса, В

ΔU_с — спад вершины импульса, В

Следующие два параметра измеряются в диапазоне от 0,1U_m  и до 0,9U_m :

t_ф  — длительность фронта импульса

t_c — длительность спада импульса

А длительность самого импульса t_и измеряется на уровне 0,5U_m .

Нелинейные искажения

Ну и напоследок мы с вами разберем нелинейные искажения. Нелинейными она называются из-за того, что такие искажения уже меняют форму сигнала, в отличие от линейных искажений. Все дело в том, что электронные лампы и полупроводники имеют нелинейную характеристику. Давайте рассмотрим все это дело более подробно.

Как вы могли заметить, на выходе у нас форма сигнала изменилась. Нашу верхнюю часть синусоиды усиленного сигнала немного «придавило». То есть мы подавали сигнал одной формы, а вышел сигнал совсем другой формы. Это не есть хорошо и с этим надо бороться.

Если сказать более научным радиотехническим языком, в нашем сигнале появились дополнительные гармоники, которых не было в исходном сигнале. В данном случае мы на вход загоняли простой синусоидальный сигнал, состоящий из одной гармоники, а получили на выходе сложный сигнал, состоящий уже из нескольких гармоник.

Для количественной оценки нелинейных искажений используется коэффициент гармонических искажений (КГИ). Он выражается формулой:

Эта величина находится как отношение среднеквадратичного напряжения суммы высших гармоник сигнала, кроме первой, к напряжению первой гармоники при воздействии на вход усилителя синусоидального сигнала.

или на английский манер

Также есть и подобный параметр коэффициент нелинейных искажений (КНИ). Он выражается формулой:

на английский манер

Эти два параметра выражаются в процентах. Для малых значений коэффициенты КГИ и КНИ почти совпадают. Так что коэффициент искажений можно считать как по первой, так и по второй формуле.

Консультант Jeer

Динамический диапазон — усилитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Динамический диапазон — усилитель

Cтраница 1

Динамический диапазон усилителя ограничивается минимальным и максимальным значением амплитуд сигнала, которые поступают на вход усилителя. Минимальный сигнал определяется чувствительностью усилителя, а максимальный — предельно допустимыми искажениями сигнала на выходе по ТУ.  [1]

Определить динамический диапазон усилителя, если известно, что минимальная амплитуда гармонического сигнала на его входе при допустимом уровне искажений равна 8 мкВ, максимальная — 0 25 В.  [2]

Различают динамический диапазон усилителя и динамический диапазон сигнала.  [3]

Определить динамический диапазон усилителя, если известно, что минимальная амплитуда гармонического сигнала на его входе при допустимом уровне искажений равна 10 мкВ, максимальная — 0 5 В.  [4]

Чем отличается динамический диапазон усилителя Дус от динамического диапазона сигнала Дс; какой динамический диапазон обычно имеют радиовещательные усилители.  [5]

Это значение называют динамическим диапазоном усилителя.  [7]

С / ср динамическим диапазоном усилителя низкой частоты: это влияние сказывается особенно сильно в случае двухполярного управления вследствие значительно большей амплитуды выброса напряжения при отпирании транзистора при данном способе коммутации.  [8]

Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона усилителя, возникают искажения, для уменьшения которых сжимают диапазон сигнала с помощью ручной или автоматической регулировки усиления.  [9]

Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона усилителя, то некоторые сигналы могут быть не слышны вовсе или слышны неотчетливо. Однако далеко не все звуковоспроизводящие И звукопреобразующие приборы обладают таким большим динамическим диапазоном.  [10]

Упражнение 1. 20. Какую роль играет динамический диапазон усилителя в радиовещательной передаче.  [11]

Компенсация помех и фона увеличивает динамический диапазон усилителя и повышает допустимую переменную составляющую напряжения источника питания, что позволяет упростить и удешевить сглаживающие 1фильтры выпрямителей, питающих двухтактные каскады.  [12]

Компенсация помех и фона увеличивает динамический диапазон усилителя и повышает допустимую переменную составляющую напряжения ( пульсацию) источников питания. Последнее упрощает и удешевляет сглаживающие фильтры источников питания двухтактных каскадов.  [14]

Компенсация помех и фона увеличивает динамический диапазон усилителя и повышает допустимую пульсацию источников питания. Последнее упрощает и удешевляет сглаживающие фильтры выпрямителей, питающих двухтактные каскады.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Что такое динамический диапазон, и какие бывают его разновидности

Односигнальный динамический диапазон по блокированию, Динамический
диапазон по перекрёстным помехам, Динамический диапазон по интермоду-
ляции.

В широком понимании радиотехнической мысли динамический диапазон — это характеристика устройства, выполняющего функцию передачи или преобразованию сигнала, представляющая собой отношение максимального и минимального возможных величин входного сигнала и выраженное в децибельной (логарифмической) единице измерения.

Другими словами — динамический диапазон определяет способность устройства: с одной стороны видеть на выходе обработанный слабый (наименьший) входной сигнал, с другой — обрабатывать сигналы большого уровня с заданным уровнем искажений на выходе.

Нижнюю границу входного сигнала, как правило, определяет чувствительность устройства (не путать с чувствительностью усилителя, при которой достигается номинальная мощность), которая указывает на способность объекта реагировать определённым образом на определённое малое воздействие.
Верхнюю — параметр, называемый точкой децибельной компрессии и равный такой мощности сигнала на входе, при котором отличие изменения уровня мощности на выходе от асимптотической линейной характеристики составляет величину — 1 dB.

А поскольку в последнюю фразу без пол-литра не въедешь, приведу рисунок.

Рис.1

На Рис.1 красным цветом изображена идеальная линейная (асимптотическая) кривая.
Синим — реальная выходная характеристика нашего устройства.
В качестве входных и выходных значений — величины мощностей, соответственно, на входе и выходе.

Пока обе линии располагаются в непосредственной близости друг от друга — всё хорошо, устройство находится в линейном режиме. Как только расхождение выходного параметра от идеальной кривой достигает 1дБ (в нашем случае соответствует уровню входного сигнала -10дБ) — всё расчёт окончен, точка децибельной компрессии найдена.

Формула, описывающая односигнальный динамический диапазон устройства, предельно проста:
D = P_1дб — P_{вх мин} (дб), где P_1дб — точка децибельной компрессии, P_{вх мин} — чувствительность устройства, выраженная в дБ.
Т.е. в случае, приведённом на графике: D = -10_дб — (-120_дб) — 110дБ .

Наблюдая показания приборов при нахождении точки компрессии, не всегда удобно оперировать понятиями мощности сигнала, да переводить всё это хозяйство в децибелы — тоже. Поэтому для упрощения задачи напишу — отклонение уровня на 1дБ — это в 1,12 раз по напряжению и в 1,26 раз по мощности.

Ну и, конечно же, формула для определения динамического диапазона при подстановке абсолютных значений сигналов:

И ещё раз:
U_{вх макс} и Р_{вх макс} — это входные значения, соответствующие точке децибельной компрессии,
U_{вх мин} и Р_{вх мин} — это напряжение, либо мощность, соответствующие чувствительности агрегата.

А чувствительность агрегата в нашем случае огранена: либо его коэффициентом усиления, либо собственными внутренними шумами, либо и тем и другим одновременно. В целом она равна мощности самого слабого входного сигнала, который, будучи преобразован нашим устройством, выдаёт на-гора выходной уровень, считающийся достаточным для его нормальной фиксации.
А конкретно — этот выходной уровень мы должны распознать на каком-то фиксирующем приборе, либо услышать-увидеть-почувствовать и при этом, он должен быть выше значения собственных шумов нашего девайса.
Насколько выше? Обычно это указывается вместе с показателем чувствительности.
К примеру, чувствительность 10мкВ при соотношении сигнал/шум = 12дБ, означает, что подав на вход сигнал амплитудой 10мкВ, мы на выходе увидим некий отклик, который на 12дБ (т.е. в 3,98 раз по напряжению и 15,85 раз по мощности) будет превышать уровень собственных внутренних шумов нашего устройства.

Описанная динамическая характеристика устройства в первую очередь характеризует его односигнальный динамический диапазон, который определяется методом подачи на вход изучаемого объекта сигнала одной частоты. Иногда этот параметр в радиотехнике именуется динамическим диапазоном по блокированию и обозначается DD1 или DB1.

Теперь давайте подумаем, что случится, если вдруг подать на вход нашего линейного устройства сигналы двух различных частот. А что случится?
При определённом уровне их амплитуд наше устройство выйдет из линейного режима и сигналы начнут взаимодействовать между собой таким образом, что на выходе вместо двух исходных частот появится сложный сигнал с комбинациями частот (гармоник), зависящих от частоты «родительских» сигналов f1 и f2 согласно следующей формуле:
f_гарм = n × f1 ± m × f2, где n и m — это целочисленные коэффициенты, принимающие значения от единицы до неких величин, определяемых частотными свойствами применяемых элементов.

В высокочастотной электронике это свойство может быть использовано для преобразования частот в устройствах, называемых «смеситель».

Однако в линейных схемах — это явление крайне нежелательно, потому как является основной причиной возникновения интермодуляционных искажений.
Эти искажения, в свою очередь, приводят: к появлению побочных каналов приёма/передачи в ВЧ радиотехнике, а в усилителях НЧ — появлению посторонних призвуков. Причём, данный тип искажений гораздо неприятнее на слух, чем банальное амплитудное ограничение сигнала. Источник их появления гораздо сложнее обнаружить, а соответственно и устранить.

Ну вот мы медленно, но верно подобрались к определению понятия «динамический диапазон по интермодуляции«.

Динамическим диапазоном по интермодуляции (Dynamic Range) называется характеристика устройства, показывающая его способность противостоять продуктам нелинейного взаимодействия двух или более сигналов. Обозначается — DD3 или DB3.
Другими словами — параметр DB3 характеризует допустимую величину двух сигналов с различными частотами f1 и f2, действующих одновременно на входе устройства, при которой ещё не возникает продукт их взаимодействия (вернее, когда уровень этого продукта не превышает заданного параметра — RFrx). И определяется как отношение, выраженное в дБ, общей мощности этих сигналов к чувствительности устройства.

Измерение динамического диапазона по интермодуляции (DB3) — дело не такое простое, как измерение односигнального DB1. Процесс это сводится к определению суммарной величины, так называемых, продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2, 2f2 ± f1. Приведу формулу для вычисления динамического диапазона:
DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), где IP3 — точка пересечения линии уровня интермодуляционных составляющих 3-го порядка на графике передаточной характеристики, а P_{вх мин} — чувствительность, выраженная в дБ и определяемая собственными шумами устройства.

Рис.2

На Рис.2 красным и синим цветами изображены знакомые нам по Рис.1 динамические характеристики: идеальная и характеристика основных частот входных сигналов (f1 и f2).
Чёрным цветом показана кривая интермодуляционных продуктов 3-го порядка с частотами 2f1 ± f2 и 2f2 ± f1. Данная кривая возрастает в 3 раза быстрее (в децибельном выражении) чем идеальная, поэтому теоретически в некоторой точке эти линии должны сойтись, обозначая точку пересечения по интермодуляции третьего порядка (IP3).
Будучи теоретической — эта точка никогда не может быть достигнута на практике, поскольку смеситель войдёт в режим компрессии сигнала раньше, чем эта точка будет достигнута.

Нахождение данной точки (IP3) — задача не такое простая, как измерение односигнального DB1. Поэтому для облегчения жизни радиолюбителя вводятся некоторые допущения, основанные, исходя из практического опыта. А именно:
В общем случае обычно отмечается, что связь между точкой компрессии 1 дБ и точкой пересечения 3-го порядка, приведённой к входу, имеет вид: IP3 = P_1дб + (10…15)дб.
А учитывая, что односигнальный динамический диапазон DB1 описывается формулой:
DB1 = P_1дб — P_{вх мин} (дб), а DB3 = 2/3 × IP3 — P_{вх мин} (дб), то на основании всех трёх формул можно вывести простую пропорцию: DB3 = 2/3 × (DB1 + (10…15)дб).

Посчитаем. Если односигнальный динамический диапазон по блокированию DB1 равен 110дБ, то:
DB3 ≈ 2/3 × (110дБ + 10дБ) = 80дБ.
Всё — расчёт окончен! Именно на эту величину динамического диапазона по интермодуляции и следует ориентироваться, так как именно она в значительной степени определяет качественные показатели как НЧ, так и ВЧ оборудования!

И напоследок — ещё одна динамическая характеристика, достойная определённого внимания по большей части в радиосвязи — Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2 или DB2).
Характеристика эта важна в основном для устройств, осуществляющих приём однополосных (SSB) сигналов и определяет степень подавления мощных станций, работающих с АМ модуляцией и расположенных по соседству.
Перекрёстные искажения возникают в УВЧ и преобразователях частоты приёмников при воздействии на эти элементы модулированного мешающего сигнала с частотой, близкой к значению частоты настройки основного канала приёма, например, на частоте соседнего канала.

Процесс измерения этого параметра подобен предыдущему описанию и сводится к определению величины продуктов 2-го порядка с частотами (f1 ± f2) и нахождению точки интермодуляции (IP2) посредством построения такого же графика.
Кривая интермодуляционных продуктов 2-го порядка растёт медленнее, чем 3-го (всего лишь в 2 раза быстрее идеальной передаточной характеристики), а потому и точка пересечения, обозначающая значение IP2, находится дальше от начала координат.

Благодаря «Справочнику радиолюбителя — коротковолновика» под авторством уважаемых С. Бунина и Л. Яйленко, вполне можно довериться компромиссной формуле: DB2 ≈ DB1 — 20 dB, что в нашем случае будет соответствовать 90дБ.

 

Усилители звука. Некоторые параметры и классы. Часть I

Усилитель звука – электротехнический прибор, обеспечивающий повышение уровня сигнала от источника до уровня, приемлемого для акустической системы. Усилитель – совершенно необходимый атрибут для любого звукового комплекта. Для различных типов акустических систем и устройств обработки звука используются различные виды исполнения усилителей, различные мощности и просто принципиально разные электрические схемы.

Для оценки возможной громкости воспроизведения косвенно подходит мощность усилителя. Косвенно, потому, что сам усилитель никакого звука, естественно, не производит и всё зависит от чувствительности колонок, их сопротивления и стойкости к перегрузкам. И искажений в получаемый звук усилитель, по сравнению с акустикой, привносит не так уж и много. Но, в звуке мелочей не бывает.

С мощностью, как и в акустических системах, естественно – путаница. Скоро, очевидно, придётся вводить дополнительно мощность коммерческую и чувствительность кармана в рублях на ватты.

Номинальная мощность – максимальная электрическая мощность, потребляя которую, усилитель поддержит заявленные производителем параметры в течение всего срока службы. Такая формулировка, вообще говоря, является общепринятой для любой аппаратуры.

DIN POWER (это немецкий стандарт, IEJA – японский аналог) – максимальная электрическая мощность, развиваемая усилителем с нагрузкой сигналом 1 кГц, замеряемая в течение 10 минут с ограничением нелинейных (THD) искажений 1%. По методике INF искажения не должны превышать 0.1%. Это наиболее вменяемые характеристики мощности, и само их указание говорит о реальном качестве прибора. DIN POWER примерно соответствует указываемой в России предельной синусоидальной мощности.

RMS (Root Mean Squared) – максимальная электрическая мощность при нелинейных искажениях до 10%. Следует обратить внимание на то, что учитываются усреднённые величины искажений, тогда как корректность работы акустики сомнительна именно на пиках, на них же горят усилители. Не слишком информативная характеристика. Может на 20…40% превышать DIN POWER.

PMPO (Peak Music Power Output) – ‘это, вообще, нечто. По идее, PMPО подразумевает предельную для прибора максимальную мощность, которую тот выдерживает кратковременно. Методика испытаний – страшная тайна производителя: никем и ничем она не регламентирована. Качество прибора с указанием такого параметра – сомнительно.

Чувствительность. За чувствительность принимают минимальный уровень входного сигнала (в милливольтах), обеспечивающий номинальную мощность усилителя на выходе (параметры выходной мощности, напряжения задаются производителем). Как правило, чувствительность усилителей колеблется в пределах 200…500 мВ. Под чувствительностью также могут иметь в виду напряжение, при котором уровень полезного сигнала превысит уровень шума. В этом случае отношение сигнал/шум (SNR,Signal to Noise Ratio) определяется как отношение уровня номинального сигнала к чувствительности (в децибелах). Нормальным можно считать отношение 70…80 дБ, хорошим – 80…90 дБ, профессиональные студийные усилители имеют выше 100 дБ. Соотношение сигнал/шум может быть взвешенным, то есть измеренным с учётом кривой чувствительности человеческого слуха. В этом случае рядом со значением параметра указывается «A-weighting» (измерения по сетке А).

Одним из важнейших параметров усилителя является амплитудно-частотная характеристика. Она представляет из себя график зависимости уровня выходного сигнала усилителя от его частоты; при этом уровень входного сигнала остаётся фиксированным. Чем характеристика ровнее – тем качественнее усилитель. Однако невозможно избежать её провала на самых низких и самых высоких частотах.

Полоса пропускания – диапазон частот, внутри которого амплитудно-частотная характеристика достаточно равномерна для усиления сигнала без существенных искажений. Или же диапазон частот, где падение уровня сигнала не достигает определённой приемлемой величины. Диапазон воспринимаемых человеком частот считается равным 20 Гц…20 кГц. Однако, весьма для усилителя желательно перекрывать этот диапазон:

• Человек воспринимает звук не только указанного диапазона, воспринимаются также различные колебания и вибрации окружающих предметов

• Особенности восприятия у каждого человека индивидуальны

• Высоки искажения при частотах близких к граничным. Расширение полосы пропускания делает их наименее заметными

• Основным источником искажений звука в комплекте – громкоговорители. Добавляются искажения от средств коммутации и разделения звука. Все недостатки усилителя усилятся в звуке сами по себе (особенно на граничных частотах).

Динамический диапазон определяется отношением (в дБ) уровня максимального входящего сигнала, при котором искажения выходных параметров не выходят за допустимые значения, и уровня собственного шума (чувствительности усилителя). Динамический диапазон характеризует качество усиления звука низкого и высокого уровней громкости. Чем диапазон шире – тем выше качество усилителя. Динамический диапазон различных моделей приборов может составить 1.6…140 дБ.

Рекомендуемое сопротивление нагрузки. Вот с чем шутить не стоит. Низкое, по сравнению с рекомендуемым, внешнее сопротивление грозит не просто увеличением искажений, но физическим повреждением и акустической системы, и усилителя. Повышенное, против рекомендуемого, сопротивление ничем, кроме неполной загрузки усилителя не грозит.

Скорость нарастания напряжения для качественного усилителя не должна быть меньше 1…2 В/мкс.

Входное сопротивление усилителя (для линейного входа). Чем входное сопротивление больше, тем меньшее влияние усилитель будет оказывать на источник сигнала, тем меньше будет искажений. Входное сопротивление никак не должно быть менее 10 кОм. В хороших усилителях сопротивление может быть порядка 100 кОм и выше.

Выходное сопротивление усилителя должно быть возможно меньше для более быстрого гашения (демпфирования) в громкоговорителях паразитных сигналов. В усилителях высокого класса выходное напряжение может составлять тысячные доли Ома. В различных моделях: 0.01…150 Ом.

Выходное сопротивление линейного выхода, используемого для подачи сигнала на другое устройство должно быть по возможности минимально. В противном случае возможно влияние нагрузки на усилитель с увеличением искажений. В качественных усилителях линейное внешнее сопротивление не превышает 1 кОм.

 

По принципам работы компонентов усилители можно разделить на ламповые, полупроводниковые (транзисторные) и цифровые. Первые два класса относятся, естественно, к аналоговым. К тому же существуют разнообразные гибридные модели, в основном, на любителя.

Ламповые усилители. Споры между сторонниками лампового звука и приверженцами более современных технологий не утихают до сих пор. Возможно для домашнего использования лампы и хороши. Возможно, звук «теплее» из-за отличной от транзисторных усилителей структуры искажений. На дно тянут общие недостатки ламповой техники: низкая выходная мощность, низкий коэффициент демпфирования (из-за высокого выходного сопротивления), низкий коэффициент усиления, сильная зависимость от напряжения питания, долгий прогрев, небольшой срок службы ламп, высокие требования к акустической системе и т.д. Одним словом, для профессиональных занятий ламповые усилители малопригодны.

Транзисторный усилитель – электротехнический прибор, содержащий конденсаторы, резисторы, индуктивности для управления и транзисторы, как элементы усиления, для поднятия уровня слабого сигнала с источника до пригодного для преобразования в звук акустической системой. Состоит из усилительных каскадов: предварительного усиления и выходного, или оконечного.

Цифровой усилитель предназначен для обработки сигнала в цифровой форме. После усиления цифровой сигнал (в виде импульсов «есть/нет») преобразуется цифро—аналоговым преобразователем (ЦАП) в аналоговую, пригодную для акустических систем, форму. При получении на вход аналогового сигнала, этот сигнал перед усилением должен быть обработан аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) в цифровую форму. Обработка звука обеспечивается цифровым сигнальным процессором (DSP, Digital Signal Processor). Достоинства цифрового усилителя:

• Цифровая обработка (регулировка тембра, например) не ухудшает качества звука;

• Возможна коррекция работы всей акустической системы (в зависимости от модели усилителя). Процессор может работать в качестве эквалайзера, иметь готовые настройки и создавать различные пространственные эффекты;

• Очень высокий коэффициент демпфирования акустической системы;

• Самый высокий из всех типов усилителей КПД, крайняя экономичность;

• Небольшая температура при работе;

• Высокая мощность.

Однако, применение цифровых усилителей, может быть, не всегда оправдано. Так, цифровая обработка аналогового сигнала с проигрывателя виниловых пластинок (LP-проигрывателя), безусловно, не ухудшит звук, но просто сделает его таким же точно, как с CD-проигрывателя. Многим не нравится. А с CD-проигрывателя усилитель может принять просто цифровой сигнал, без лишних преобразователей.

 

По характеру использования условно можно разделить усилители на домашние, профессиональные и студийные. Ну и встроенные, конечно.

Домашние усилители. Область их применения ясна из названия. В основном, небольшой (до 300 Вт) мощности с запасом по отношению к акустике. Поскольку для обычного воспроизведения всякие эквалайзеры и кроссоверы особо не нужны, от усилителя требуются регуляторы тембра в широком диапазоне. По крайней мере высоких и низких частот.

Профессиональные усилители. От них требуется мощность, и это – прежде всего. Причём, с достаточным запасом для долговременной работы на грани предельных режимов. С соблюдением ограничений по искажениям, разумеется. Такие усилители производятся почти всегда в рэковом исполнении (для стандартной установки): ширина корпуса 18 дюймов (46 см) и высота, кратная 1.8 дюйма (4.6 см). Мощность важна ещё и для поддержания работы пассивных элементов разделения звука (кроссоверов, например). В таких приборах уже обязательна и защита от перегрузок, перегрева, короткого замыкания и т.д.

Студийные усилители отличаются, прежде всего, точностью работы. Никаких регуляторов тембра там не требуется: для этого существуют приборы управления звуком. Скорее важны хорошая полоса пропускания и широта динамического диапазона.

Профессиональные усилители (особенно студийные) часто не имеют встроенных блоков питания. Внешние, собранные в отдельном корпусе, минимизируют влияние электромагнитного излучения на уровень шума усилителя и облегчают охлаждение последних.

Встроенные усилители используются в активных акустических системах. В сочетании с активным кроссовером облегчают интеграцию колонок в звуковой комплект.

 

В зависимости от эффективности (коэффициента полезного действия, КПД) и уровня искажения выходного сигнала усилители звука подразделяются на классы:

• Класс A. Отличаются небольшой (КПД около 20…30%) эффективностью и большим тепловыделением, но зато обладают близкой к линейной характеристикой сигнала и небольшими искажениями. Дороги, и применяются там, где нужно качество звука и не нужна большая мощность. Большой мощности их просто не делают из-за проблем с охлаждением. Представляет собой активный элемент (транзистор или лампу), открытый на весь период сигнала. Ламповые усилители класса А применяются в системах Hi-End

• Класс B. Отличаются высоким (50…70%) КПД, но и довольно высоким коэффициентом нелинейных искажений. Используются для среднечастотных и мидбасовых динамиков, хотя в чистом виде достаточно редко из-за посредственного качества выходного сигнала. Конструктивно представляет собой два активных элемента, работающие в режиме отсечки

• Класс AB. Совмещают достоинства и недостатки А и В классов. На низких мощностях работают в режиме класса А (с низким КПД), на более высоких – класса В (со средними искажениями). Широко используются в звуковом оборудовании

• Класс C. Для звукового оборудования пригодны мало из-за больших переходных искажений сигнала. Используются в высокочастотной технике

• Класс D. Усилители этого класса работают с цифровыми сигналами, поступающими на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Входящий аналоговый сигнал преобразуется в импульсы различной длительности в широтно-импульсном модуляторе (ШИМ, PWM), в этом случае обычно применяется отрицательная обратная связь по звуковому каналу. КПД таких усилителей может достигать 90% при минимальных искажениях

• Класс Е. Работают полностью в ключевом режиме в отличие от усилителей класса D. Используются, в основном, в высокочастотной технике

• Класс F. Усилители класса D с фильтром, объединённым с нагрузкой

• Класс G. Применяются два значения напряжения питания выходного каскада с автоматическим переключением в зависимости от сигнала на входе

• Класс Н. То же, что и класса G, но с плавным изменением значения питания

• Класс Т. То же, что и класса D, но не с аналоговой, а с цифровой обратной связью в обход выходного фильтра.

 

Есть ещё одна немаловажная классификация усилителей: по их назначению. Профессиональный усилитель мощности рассчитан на долговременную работу в режиме максимальной громкости. Попытки аналогично использовать бытовой усилитель, скорее всего, закончатся плачевно – он просто сгорит. Даже если не сгорит, то звук всё равно будет чудовищного качества.

В качестве напоминания. Производители никогда не указывают настоящую номинальную мощность ни для каких приборов: для коммерческого использования она слишком мала. Оттуда и всякие RMS и PMPO. Коммерция.

1.7 Амплитудная характеристика, динамический диапазон

Олинейности усилителя можно судить и по его амплитудной характеристике (АХ), т.е. зависимости амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного(рис.1.4). Амплитудная характеристика снимается при подаче на вход усилителя гармонического сигнала частотой f, лежащей в полосе пропускания усилителя. Отношение выходного и входного напряжений равно K_0. Поэтому амплитудная характеристика, казалось бы, должна быть прямой линией, исходящей из начала координат. Однако в действительности она совпадает с этой прямой только в средней части.

Начальный участок АХ отклоняется от прямой из-за наличия на выходе усилителя собственных помех. Основными из них являются фон, наводки и шумы, а в УПТ – еще и дрейф нуля. Они приводят к появлению напряжения на выходе усилителя даже при отсутствии входного сигнала.

Фон – это колебание с частотой питающей сети или кратной ей. Обычно оно попадает в усилитель по цепям питания из-за недостаточного сглаживания пульсаций выпрямителя питающего напряжения.

Наводками называют помехи, наводимые на цепи усилителя электрическими и магнитными полями. Источниками этих полей могут быть сетевой трансформатор блока питания, провода электросети или какие-либо электроустановки.

Собственные шумы усилителя представляют собой флуктуационные колебания, обусловленные хаотическим движением свободных носителей заряда во всех электропроводящих материалах, из которых сделаны детали усилителя. Шумы возникают на микроскопическом уровне строения материалов и поэтому очень слабые. Но, будучи усиленными многокаскадным усилителем, они могут оказаться соизмеримыми с уровнем полезного сигнала. В отличие от фона и наводок полностью устранить собственные шумы усилителя принципиально невозможно.

Дрейфом нуля называют медленные изменения выходного напряжения усилителя из-за нестабильности напряжения питания и характеристик транзисторов. Дрейф в основном проявляется в усилителях постоянного тока.

Верхний загиб АХ обусловлен наступлением перегрузки одного из каскадов усилителя, чаще всего оконечного, в результате чего начинается ограничение выходного колебания. Использование верхнего криволинейного участка характеристики приводит к нелинейным искажениям.

Динамическим диапазоном усилителя называют отношение (при заданном уровне нелинейных искажений) к(при заданном отношении сигнал/шум на входе)

или

Динамический диапазон усилителя должен быть больше, чем динамический диапазон усиливаемого сигнала. Так, для качественного усиления сигнала микрофона при воспроизведении игры симфонического оркестра требуется усилитель с динамическим диапазоном порядка 60 дБ.

1.8 Способы связи между каскадами

Для получения необходимого усиления используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подключен к выходу предыдущего. Так, усилитель, предназначенный для воспроизведения звукового сигнала в телевизоре или радиоприемнике, содержит несколько каскадов предварительного усиления и выходной каскад. Выходной каскад служит для получения в нагрузке необходимой мощности сигнала (здесьи– действующие значения тока и напряжения). Его часто называют усилителем мощности. Он работает в режиме большого сигнала и его расчет ведут графоаналитическим методом с использованием вольт-амперных характеристик применяемых усилительных элементов (биполярных или полевых транзисторов). Важное значение имеют определениекоэффициента полезного действия (– суммарная мощность, потребляемая каскадом от источника питания), оценка нелинейных искажений, обеспечение приемлемого теплового режима.

Каскады предварительного усиления служат для усиления сигнала по напряжению до величины, достаточной для раскачки выходного каскада, и работают в режиме малого сигнала. Для их анализа и расчета используют аналитические методы, основанные на применении эквивалентных схем и малосигнальных параметров транзистора в выбранной рабочей точке.

Способы соединения (связи) каскадов зависят от вида многокаскадного усилителя. Так, в УПТ используется только непосредственная (гальваническая) связь каскадов. В усилителях переменного тока (УНЧ, УВЧ) используется также емкостная и трансформаторная связь, передающие только переменную составляющую сигнала.

ADL5567 Техническое описание и информация о продукте

Особенности и преимущества

• Ширина полосы по уровню −3 дБ: 4.3 ГГц
• Режимы высокой производительности (HP), низкой мощности (LP) и пониженного энергопотребления
• Предустановленный коэффициент усиления 20 дБ может быть уменьшен при помощи внешних резисторов
• Межканальное рассогласование коэффициентов усиления: 0.04 дБ на 500 МГц
• Межканальное рассогласование фазы: 0.6° на 500 МГц
• Преобразование дифференциального или несимметричного входного сигнала в дифференциальный выходной сигнал
• Внутренняя связь по постоянному току для входной и выходной цепи
• Малошумящий входной каскад: коэффициент шума 7.4 дБ на 500 МГц
• Низкие искажения в широкой полосе при питании 5 В, режим HP, размах сигнала 2 В
  
  • 200 МГц: −94 дБн (HD2), −103 дБн (HD3)
  • 500 МГц: −82 дБн (HD2), −82 дБн (HD3)
• Малый уровень искажений на несимметричном входе
• Скорость нарастания: 20 В/нс
• Поддерживает низкий уровень искажений выходного синфазного напряжения до 1,25 В
• Однополярное питание: 3.3 В или 5 В
• Низкий потребляемый ток: 148 мА при 5 В (режим HP ), и 80 мА при 3.3 В (режим LP)

Подробнее о продукте

ADL5567 – это высококачественный, двухканальный дифференциальный усилитель, который оптимизирован для работы сигналами промежуточной частоты (ПЧ) и сигналами в полосе модулирующих частот. Усилитель обладает низким шумом (1.29 нВ/√Гц) и превосходными показателями искажений в широкой полосе частот, что делает его идеальным драйвером для быстродействующих 16-разрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП). ADL5567 идеально подходит для применения в высокотехнологичных схемах приемников с нулевой и комплексной ПЧ. Кроме того, компонент обладает превосходным для схем драйверов с несимметричным входом уровнем искажений.

Коэффициент усиления ADL5567 равен 20 дБ. В конфигурации с несимметричным входом значение коэффициента усиления сокращается до 18 дБ. Добавление двух внешних резисторов на каждый канал усилителя дает дополнительную свободу проектирования, позволяя устанавливать любой коэффициент усиления в диапазоне от 0 дБ до 20 дБ для дифференциального входа и от 0 дБ до 18 дБ для несимметричного входа. Кроме того, компонент поддерживает низкий уровень искажений при уровнях синфазного выходного напряжения от 1.25 В, что позволяет использовать его для выдачи в КМОП АЦП переменных сигналов с размахом до 2 В.

Потребляемый ток покоя при работе от напряжения питания 5 В составляет 74 мА на канал в режиме высокой производительности. В отключенном состоянии каждый из усилителей потребляет всего 3.5 мА и обеспечивает развязку между входом и выходом 58 дБ на 100 МГц.

Компонент оптимизирован для работы в широком диапазоне с низким уровнем искажений и шумов, благодаря чему он поддерживает беспрецедентно широкий свободный от побочных составляющих динамический диапазон (SFDR). Эти особенности, а также возможность регулировки коэффициента усиления, делают данный усилитель идеальным выбором для интерфейса с разнообразными АЦП, смесителями, pin диодами, фильтрами на ПАВ и многоэлементными дискретными устройствами.

ADL5567 производится по кремниево-германиевой (SiGe) технологии изготовления быстродействующих схем компании Analog Devices, выпускается в компактном 24-выводном корпусе LFCSP с габаритами 4 мм × 4 мм и работает в температурном диапазоне от −40°C до +85°C.

Области применения

• Дифференциальные драйверы АЦП
• Преобразование несимметричных сигналов в дифференциальные
• Каскады усиления ВЧ/ПЧ
• Интерфейс с фильтрами на ПАВ

Динамический диапазон электронного усилителя — это… Что такое Динамический диапазон электронного усилителя?

Динамический диапазон электронного усилителя

284. Динамический диапазон электронного усилителя

Динамический диапазон

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Динамический диапазон шумомера
• динамический контроль

Полезное

Смотреть что такое «Динамический диапазон электронного усилителя» в других словарях:

• динамический диапазон электронного усилителя — динамический диапазон Отношение максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие… …   Справочник технического переводчика

• Динамический диапазон электронного усилителя — 1. Отношение максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

• динамический диапазон — 2.23 динамический диапазон (dynamic range): Разность, выраженная в дБ, между значениями сигнала (либо отношение значений сигнала), при которых происходит перегрузка усилителя, и уровнем шумов либо уровнем, заданным конструкцией усилителя.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Динамический диапазон (техника) — У этого термина существуют и другие значения, см. Динамический диапазон. Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового… …   Википедия

• Динамический диапазон (в технике) — Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и… …   Википедия

• Динамический — 21. Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций. Справочник проектировщика под ред. проф. Б.Г. Коренева, А.Ф. Смирнова. М.,: Стройиздат, 1986. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ 24375-80: Радиосвязь. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа: 304. Абсолютная нестабильность частоты радиопередатчика Нестабильность частоты передатчика Определения термина из разных документов: Абсолютная нестабильность… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Требования — 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Оптическая запись звука — Оптическая запись звука  запись электрических колебаний звуковой частоты, осуществляемая фотографическим способом на движущейся светочувствительной киноплёнке. Оптическая фонограмма, фотографическая фонограмма  одна или несколько… …   Википедия

• Чувствительность (технического объекта) — Чувствительность, сенситивность (от лат. sensus чувство, ощущение) количественная характеристика способности устройства реагировать определенным образом на внешнее воздействие, один из главных технических параметров для некоторых… …   Википедия

Работа с большим динамическим диапазоном — Anadyne Inc

Проектирование сверхмалошумящего, высокоскоростного усилителя со связью по постоянному току, который работает в широком диапазоне температур, сложно, но технические проблемы становятся гораздо более серьезными, если усилитель также должен работать широкий динамический диапазон. Под широким динамическим диапазоном мы подразумеваем, что усилитель должен поддерживать заданную кривую передачи для входных сигналов, амплитуда которых изменяется на 4 или 5 порядков. Как правило, вывод представляет собой логарифм ввода, чтобы поддерживать постоянную ошибку для всех размеров сигнала, как мы увидим позже.Так, например, если усилитель является линейным с коэффициентом усиления G, он должен оставаться линейным с тем же коэффициентом усиления во всем динамическом диапазоне . Примеры систем, которые генерируют сигнал с широким динамическим диапазоном, включают многие системы визуализации в целом, ультразвука в частности, RADAR, LIDAR и многие из оптоэлектроники. Светодиод является линейным в очень большом динамическом диапазоне (> 70 дБ), поэтому его можно использовать для обеспечения электрического выходного сигнала в широком динамическом диапазоне, который представляет интенсивность света. Визуализация, как правило, дает широкий динамический диапазон из-за поглощения, потерь на рассеяние и пространственной дисперсии лучей.

Что ограничивает динамический диапазон, с которым мы можем справиться? Нижний предел неизменно устанавливается минимальным уровнем шума. Чтобы было ясно, мы имеем дело с общим случаем, не обязательно повторяющимся сигналом. Это означает, что мы не можем улучшить соотношение сигнал / шум путем усреднения или использования методов сужения полосы, таких как фиксация. Если посмотреть на максимальный входной сигнал, можно увидеть менее четкую границу среза; тот, который в некоторой степени зависит от обстоятельств. Микроэлектроника не может обрабатывать киловатты мощности, поэтому для наших целей вы можете получить 3 дБ в диапазоне, увеличив максимальный входной импульс с 5 до 10 вольт, но вряд ли вы сможете получить 10 дБ, что потребует от вас обработки до Входы 50 В.

Поскольку шум ограничивает динамический диапазон, а шум увеличивается с увеличением ширины полосы, сложнее сделать усилитель с широким динамическим диапазоном, если он будет быстрым. Для очень медленных систем, например тензодатчики, динамический диапазон может составлять более ста дБ. Однако нас интересует проблема высокоскоростного усиления с широким динамическим диапазоном. Максимальный диапазон, с которым можно работать в этом режиме, обычно составляет около 50 дБ, но в некоторых случаях можно использовать методы ослабления для разделенного сигнала для получения более широких динамических диапазонов.(например, DLVA с расширенным диапазоном)

Прежде чем перейти к обсуждению трудностей, отметим, что в природе организмы могут работать в огромных динамических диапазонах. Мы отмечаем, что один из наиболее важных примеров систем с большим динамическим диапазоном, наши чувства, чувствительны на протяжении многих десятилетий, и интересно посмотреть, как природа приспособилась к работе с этими чрезвычайно широкими динамическими диапазонами ситуаций.

Наиболее очевидные трудности, возникающие при работе с большим динамическим диапазоном, связаны со временем, которое требуется усилителю для восстановления после прохождения большого импульса до состояния, при котором характеристики усилителя восстанавливаются с достаточной точностью.Эти большие сигналы могут вызывать перекрестные помехи или сдвигать значения напряжений на шинах, что приводит к неточному измерению небольшого импульса, следующего за большим импульсом. На измерения также может влиять время восстановления усилителя, то есть время восстановления усилителя до уровня 10-4 для динамического диапазона 40 дБ. Увеличивать динамический диапазон становится все труднее. Для каждого увеличения динамического диапазона на 10 дБ необходимо снизить перекрестные помехи и т. Д. На 10 дБ, чтобы сохранить одинаковую степень изоляции между наибольшим и наименьшим импульсами.Это проблемы, которые нужно преодолеть дизайнерам.

Поучительно рассмотреть возможность проведения измерений на образце с широким динамическим диапазоном, используя высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь для оцифровки данных для анализа и хранения. Чтобы получить интуитивное представление о том, когда и зачем использовать логарифмические усилители, мы рассмотрим проблему измерения и сохранения выходных импульсов преобразователя, который имеет динамический диапазон 40 дБ. Предположим, что у нас есть N-битный аналого-цифровой преобразователь для оцифровки высоты импульса, которую мы хотим измерить.

Нам нужно решить, насколько точно мы хотим измерять амплитуды. Это не такой простой выбор, как если бы у нас был очень маленький динамический диапазон, и в этом случае мы неизменно выбираем измерение всех амплитуд с одинаковой абсолютной точностью. Когда у нас есть широкий динамический диапазон, мы можем выбрать измерение всех импульсов с одинаковой точностью в процентах, или мы можем настроить точность в зависимости от амплитуды индивидуально, используя соответствующие усилители нелинейного сжатия. Ниже приведен небольшой раздел о настройке усиления для увеличения областей в широком динамическом диапазоне.

Наилучшее распределение битов зависит от желаемого. Например, при амплитудах, изменяющихся в течение 4 декад, скажем, от 100 мкВ до 1 В, оптимален ли выбор измерения всех этих амплитуд до 100 мкВ? Это большая ошибка для самых маленьких импульсов, но небольшая ошибка для самых больших импульсов. Невозможно сказать, является ли это лучшим выбором, не зная больше о цели измерения.

Предположим, у нас есть линейный усилитель, и посмотрим, насколько хорошо мы можем измерять амплитуды во всем диапазоне, если мы используем наш аналого-цифровой преобразователь.При оцифровке аналогового сигнала методом биннинга результаты будут подвержены ошибкам квантования или округления. Это вызывает неопределенность W / √12 в номинальном значении, связанном с каналом, где W — ширина интервала, в котором упала амплитуда импульса. Это просто заявление о том, что фактическое значение этого результата имеет неопределенность из-за ширины корзины. Этот результат для неопределенности тривиально следует из расчета стандартного отклонения для импульсов, которые попадают в этот интервал, при условии, что ширина интервала мала.Если мы хотим, скажем, 10% точности, мы должны иметь неопределенность из-за ошибки квантования менее 0,1 Вт. Однако W / √12 = 0,2887 Вт, поэтому эта ошибка слишком велика, и ее необходимо уменьшить в 2,9 раза. Поскольку у нас есть линейный аналого-цифровой преобразователь с ячейками постоянной ширины, напряжение, соответствующее ячейке n, равно nV1, где V1 — это напряжение, соответствующее самому низкому элементу ячейки, или LSB. Ошибка квантования фиксированная и одинаковая для каждого бина, поэтому, если мы хотим сохранить ошибку измерения ниже 10%, нам нужно, чтобы значение напряжения в самом нижнем используемом бине было> 2.887 V1. Мы можем добиться этого, выбрав такое усиление для усилителя, чтобы наименьший сигнал в динамическом диапазоне попадал в канал 3. Это означает, что нам нужно использовать 2 бита, чтобы получить необходимую точность для наименьшего импульса, и еще 14 бит, чтобы иметь дело с диапазоном.

Этот результат является катастрофой, поскольку аналогово-цифровые преобразователи 100 MSPS не имеют 16-битного диапазона. Нам нужна была только 10% точности и диапазон 40 дБ. Нам легко могли потребоваться более высокая точность и больший диапазон, что предъявило бы еще более высокие требования к аналого-цифровому преобразователю.Даже если доступен 16-битный аналого-цифровой преобразователь, увеличенный диапазон и точность, которых мы хотели бы достичь, определенно потребуют схемы, которой в настоящее время не существует. Можем ли мы сделать лучше? Почему использовалось так много каналов?

Сложность точно такая же, с которой мы сталкиваемся всякий раз, когда нам нужно построить набор данных с очень большим разбросом в диапазоне одной из переменных, например y = 10x, где x изменяется от 1 до 5. Если мы попытаемся изобразить это в линейных масштабах, мы обнаружим, что значение y может быть прочитано с любой точностью только для значений x, которые охватывают диапазон x, который, возможно, равен 1 .5. Невозможно выбрать масштаб y, чтобы данные отображались в удобном виде для всех x. Решение, конечно, хорошо известно, просто используйте полу-журнальную бумагу для построения графика, и тогда становится возможным считывать весь набор данных на одном графике. Возможно, использование логарифмической выходной реакции на входной сигнал могло бы позволить нам добиться большего успеха с ограниченным количеством битов, имеющихся в нашем распоряжении. Нам нужно сжатие, и логический усилитель это дает. Мы увидим, что это дает оптимальное сжатие.

Если мы попытаемся понять, куда пропали все наши биты, мы заметим, что процентная точность для импульсов на верхнем конце спектра намного выше, чем необходимо, 10-4×10% или.001%. (Это следует из того факта, что ошибка квантования не меняется при переходе к разным ячейкам, но величина самого большого импульса в 104 раза больше, чем самого маленького импульса, поэтому относительная ошибка явно уменьшается на 104). слишком хорошо на высоких частотах. Мы могли бы явно сэкономить интервалы, если позволили бы процентной ошибке оставаться постоянной, вместо того, чтобы снижать ее до смехотворно низких значений для больших импульсов. Простое объединение в более широкие и широкие бины или каналы, чтобы поддерживать постоянное процентное разрешение, будет работать.Чтобы быть точным, чтобы поддерживать постоянную процентную ошибку, нам нужно, чтобы ширина каналов была обратно пропорциональна их количеству каналов. Итак, канал 50 составляет половину ширины канала 100 и т. Д. Следует отметить, что логарифмический усилитель имеет коэффициент усиления, обратно пропорциональный высоте входного импульса, поэтому использование усилителя с логарифмическим преобразованием кажется многообещающей функцией сжатия. Ниже показан простой способ увидеть, что передача журнала дает нам постоянную точность в процентах.

Предположим, что выходное напряжение усилителя Vout пропорционально логарифму входного напряжения Vin, i.е. мы вставляем преобразователь журнала, прежде чем делать измерения.

сигнал — что вы называете динамическим диапазоном усилителя с переменным усилением?

Тесты динамического диапазона всегда выполняются на фиксированном уровне тестирования. Если у вас есть переменное усиление, это означает, что у вас может быть лучший и худший сценарий, когда речь идет о переменных уровнях шума и фиксированных выходных уровнях. Коэффициенты шума — лучший способ определить минимальный уровень шума на каждой ступени, и с помощью усиления на каждой ступени вы можете определить свой динамический диапазон, лучший и худший случай.

На самом деле вам нужен некоторый запас для снижения HD и IMD, а динамический диапазон человеческого уха не имеет ничего общего с диапазоном усилителя, за исключением того, что он наверняка будет иметь более широкий динамический диапазон (если у вас нет потери слуха). Что наиболее важно, сможете ли вы услышать шум, когда он должен быть тихим между музыкой. Таким образом, SNR становится более важным. Если у вас есть динамический диапазон усилителя рок-группы, который соответствует вашим ушам, допустим, его 100 дБ, но если ваш SNR составляет всего 50 дБ от других источников шума, это не имеет значения.

Что еще более важно, даже если ухо имеет динамический диапазон 100 дБ и мгновенный диапазон 80 дБ, сможете ли вы услышать треугольник на 80 дБ ниже музыки переднего плана? Маловероятно, что я предлагаю, если у вас нет очень узкого диапазона, вы не сможете различить тромбониста, переворачивающего страницу своих нот на компакт-диске с прямой записью, в то время как остальная часть симфонии играет увертюру, так что ваше «различение» «уровень на высоких выходах и ваш SNR музыки на очень низких уровнях в конечном итоге определят ваше общее качество воспроизведения звука.Имейте в виду, что HD и IMD обычно ниже всего на 40 ~ 60 дБ.

Если у вас есть потеря слуха, которая увеличивает минимальный уровень шума или, по крайней мере, порог обнаружения. Более подробную теорию о динамическом диапазоне и о том, как они надеются применить ее к лучшим слуховым аппаратам, можно найти в этом исследовании университетского уровня … обсуждение и заключение Влияние уровня стимула на неспектральную частотную дискриминацию людьми.

Динамический диапазон

Динамический диапазон

---

Динамический диапазон — это разница между максимальной входной мощностью приемника анализатора и минимальной измеряемой мощностью (минимальным уровнем шума).Чтобы измерение было действительным, входные сигналы должны находиться в этих границах.

Увеличение динамического диапазона важно, если вам нужно измерить очень большие вариации амплитуды сигнала, такие как полосовой фильтр и подавление. Ниже в качестве примера измерения показан динамический диапазон.

Чтобы уменьшить погрешность измерения, динамический диапазон анализатора должен быть больше, чем отклик, который демонстрирует тестируемое устройство. Например, точность измерения повышается, когда отклик ИУ как минимум на 10 дБ выше минимального уровня шума.Следующие методы могут помочь вам увеличить динамический диапазон.

Другие темы об оптимизации измерений

Увеличение входной мощности устройства

Увеличьте входную мощность ИУ, чтобы анализатор мог более точно определять и измерять выходную мощность ИУ. Однако будьте осторожны — слишком большая мощность может повредить приемник анализатора или вызвать искажение сжатия.

Осторожно! Уровень повреждения входа приемника: +15 дБм.

Посмотрите, как увеличить входную мощность на устройство

Совет. Вы можете дополнительно увеличить динамический диапазон, используя внешний усилитель-усилитель для увеличения входной мощности тестируемого устройства.См. «Измерения усилителя высокой мощности».

Снижение минимального уровня шума приемника

Вы можете использовать следующие методы для снижения минимального уровня шума и увеличения динамического диапазона анализатора.

• Уменьшите перекрестные помехи между приемниками ВАЦ при измерении сигналов, близких к минимальному уровню шума. См. Перекрестные помехи приемника.)

• Use Sweep Averaging — узнать больше о Sweep Average

• Уменьшите полосу пропускания ПЧ — узнайте больше о полосе ПЧ.

• В режиме развертки сегмента каждый сегмент может иметь свою собственную полосу ПЧ. Например, при измерении фильтра:

• • В полосе пропускания полоса ПЧ может быть установлена ​​более широкой для высокой скорости развертки, пока высокоуровневый шум трассировки остается достаточно малым.

  • В полосе отклонения, где минимальный уровень шума вносит значительный вклад в ошибку измерения, полоса ПЧ может быть установлена ​​достаточно низкой для достижения желаемого снижения среднего уровня шума.

---

Широкополосный ограничивающий усилитель с широким динамическим диапазоном

Широкополосный ограничивающий усилитель сверхвысокого динамического диапазона является критически важным компонентом систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ), где требуется стабильная / сжатая выходная мощность в широком диапазоне входной мощности. Эти системы РЭБ часто требуют высокого усиления с ровным откликом и должны работать в суровых температурных условиях. Поддержание приемлемых и надежных характеристик в многооктавных диапазонах требует тщательного проектирования цепи усилителя.Неправильное каскадирование и насыщение цепи усилителей может привести к ненадежной и непредсказуемой работе. В этой статье демонстрируется конструкция от 2 ГГц до 18 ГГц, которая обеспечивает ограничение динамического диапазона более 40 дБ при изменении выходной мощности менее 2 дБ и коэффициенте шума 4 дБ при температурах от –40 ° C до + 85 ° C с использованием устройств ADI. Используя уникальные преимущества MMIC и возможности проектирования подсистем ADI, мы можем предложить превосходные решения для удовлетворения потребностей заказчиков в передовых приложениях. Результаты тестирования достигнутой производительности представлены ниже.

1.0 Введение

Для многих современных систем РЭБ требуются малошумящие приемники, способные выдерживать большие колебания входной мощности в многооктавной полосе частот. Эти приемники необходимы для защиты чувствительных компонентов от перегрузки по РЧ или для устранения модуляции AM из входящих сигналов. Кроме того, конструкция многоканальной системы и близость к антенне приемника создают требования к малой мощности и небольшому размеру корпуса. Приложения включают IFM и радиопеленгаторные интерфейсы, DRFM и системы подавления помех.Эти системы должны работать в широком температурном диапазоне и требовать плоской частотной характеристики с низким содержанием гармоник во всех рабочих условиях. Усилители-ограничители ADI идеально подходят для многих из этих приложений благодаря лучшему в отрасли размеру корпуса, электрическим / радиочастотным характеристикам и простоте интеграции в сборки более высокого уровня. Микроволновый ограничивающий усилитель — это многокаскадный усилитель с высоким коэффициентом усиления, который ограничивает выходную мощность путем последовательного сжатия внутренних каскадов усиления по мере увеличения входной мощности.Каскады усиления сжимаются от выходного каскада к входу, при этом конструкция оптимизирована, чтобы избежать перегрузки отдельного каскада усиления во всех рабочих условиях. Проблемы, связанные с конструкцией широкополосного ограничивающего усилителя, включают эффективное ограничение мощности, тепловую компенсацию и выравнивание частоты в многооктавной полосе частот. Кроме того, системные требования к низкому уровню шума, малому энергопотреблению и небольшому размеру корпуса усложняют конструкцию.

В этой статье рассматриваются вопросы проектирования и методики для усилителя-ограничителя от 2 ГГц до 18 ГГц с требованиями для 45 ± 1.Коэффициент усиления 5 дБ, диапазон рабочих температур от –40 ° C до + 85 ° C, менее 1,5 Вт постоянного тока и ограничивающий динамический диапазон 40 дБ. Ограничивающий динамический диапазон определяется как диапазон входной мощности, в котором фиксируется выходная ВЧ-мощность. ADI предлагает широкополосный усилитель-ограничитель от 2 ГГц до 18 ГГц, HMC7891, который отвечает этим требованиям. Этот усилитель имеет внутреннюю стабилизацию напряжения в герметичном корпусе с разъемами.

2.0 Конструкция и особенности усилителя

Конструкция усилителя-ограничителя СВЧ-диапазона начинается с выбора предпочтительных методов конструкции и внутренних усилителей каскада.Гибридные микросхемы и проводные сборки часто предпочтительнее, чем конструкции для поверхностного монтажа для высокочастотных приложений, чтобы свести к минимуму отрицательное влияние на производительность, вызванное паразитами корпуса, а надежность гибридных микросхем и проводов считается более высокой, поскольку гибридные сборки тщательно продуманы. проверены и хорошо приспособлены к воздействию окружающей среды. Кроме того, эти узлы малы, легки и легко герметизируются. Гибридные микросхемы и проводки состоят из монолитных микроволновых интегральных схем (MMIC) в форме кристалла, тонкопленочной технологии и пассивных компонентов, соединяемых проволокой.

Основными соображениями при выборе каскадов внутреннего усиления являются диапазон рабочих частот, зависимость коэффициента усиления от температуры, равномерность усиления, содержание насыщенных гармоник и нелинейные характеристики. Удачная конструкция ограничивающего усилителя сводит к минимуму каскады усиления и уникальное количество деталей, чтобы уменьшить проблемы с термокомпенсацией и неравномерностью. Кроме того, успех во многом зависит от максимальной входной мощности устройства и характеристик сжатия выбранных каскадов усиления. Для завершения проекта с требованием ограничивающего динамического диапазона 40 дБ рекомендуется минимум четыре каскада усиления, так что в идеале каждый каскад усилителя будет работать со сжатием не более 10 дБ.Четырех каскадов усиления также должно быть достаточно для достижения требования к усилению слабого сигнала 45 дБ от температуры.

Широкополосные усилители с блоком усиления MMIC или малошумящие усилители (LNA) являются хорошими кандидатами для ограничения конструкции усилителей из-за их высокого коэффициента усиления и низкой мощности. Требование к коэффициенту шума обычно устанавливает необходимость использования малошумящих усилителей вместо усилителей с блоком усиления. Однако каскады усиления LNA могут создавать проблемы при проектировании из-за их обычно более низкой входной мощности РЧ.Идеальное устройство каскада усиления имеет высокую максимальную входную мощность РЧ и может безопасно работать при высоких уровнях сжатия.

Еще одно важное соображение — это насыщенная гармоническая составляющая каждого каскада усиления. Требования к содержанию гармоник зависят от области применения усилителя-ограничителя. Например, приложение, предназначенное для генерации выходного сигнала прямоугольной формы, должно использовать усилители каскада усиления с низким выходным сигналом четной гармоники и сильным выходным сигналом нечетной гармоники. Чтобы избежать искажения формы выходного сигнала, полезно использовать одну и ту же часть во всех четырех местоположениях каскада усиления.Наконец, выбранные усилители MMIC должны быть безусловно стабильными и в идеале не иметь требований к последовательности смещения для упрощения конструкции.

HMC462 — идеальная MMIC для завершения конструкции ограничивающего усилителя. HMC462 — это малошумящий усилитель с самосмещением, требующий одного источника питания 5 В с усилением более 13 дБ, отличной равномерностью усиления от 2 ГГц до 18 ГГц и средним коэффициентом шума 2,5 дБ. Устройство имеет уровень выходной мощности при насыщении 18 дБмВт и может безопасно работать со сжатием более 14 дБ по всей полосе частот.Максимальная номинальная входная мощность почти эквивалентна выходной мощности устройства в режиме насыщения, что делает его идеальным для работы в каскадной серии каскадов усиления. Гармоники второго порядка низкие, а MMIC имеет сильную плоскую гармонику третьего порядка. Насыщенная мощность постоянного тока составляет менее 400 мВт.

3.0 Анализ бюджета РФ

После выбора ограничивающих каскадов усиления усилителя необходимо рассмотреть анализ бюджета ВЧ-системы. Анализ бюджета РЧ исследует широкополосную частотную характеристику и уровни мощности РЧ в различных контрольных точках внутри ограничивающего усилителя.Необходимо выполнить анализ, чтобы исправить наихудшие рабочие температуры, крутизну усиления и широкий диапазон входной мощности РЧ. Как обсуждалось в разделе 2.0, основная схема ограничивающего усилителя с ограничивающим динамическим диапазоном 40 дБ представляет собой каскадную серию из четырех усилителей с блоком усиления или МШУ. В идеальной конструкции используется только один или два уникальных номера деталей усилителя, чтобы уменьшить колебания мощности в зависимости от частоты и минимизировать требования к компенсации температуры / наклона.

На рисунке 1 показана блок-схема предварительного ограничивающего усилителя первого прохода до температурной коррекции и компенсации крутизны.Один из рекомендуемых методов для завершения проектирования широкополосного ограничивающего усилителя:

1. Управление ограничивающим динамическим диапазоном мощности и устранение условий перегрузки по ВЧ.
2. Оптимизация работы при повышении температуры.
3. Завершите разработку, скорректировав спад мощности и сгладив усиление слабого сигнала.
4. После того, как частотное выравнивание было включено в проект, может потребоваться последняя небольшая коррекция для повторного рассмотрения температурной компенсации.

Рисунок 1. Предварительная блок-схема.

3.1 Ограничение мощности

Основная проблема с предварительным дизайном, показанным на рисунке 1, заключается в том, что перегрузка по ВЧ-сигналу, вероятно, произойдет на выходных каскадах усиления по мере увеличения входной ВЧ-мощности. ВЧ-перегрузка произойдет, когда насыщенная выходная мощность любого каскада усиления превышает абсолютный максимум на входе следующего усилителя в линейке. Кроме того, конструкция чувствительна к пульсации, связанной с КСВН, и существует большая вероятность возникновения колебаний из-за высокого незатухающего усиления внутри небольшого радиочастотного блока.

Чтобы предотвратить перегрузку ВЧ, уменьшить влияние КСВН и уменьшить риск колебаний, добавьте фиксированные аттенюаторы между каждым каскадом усиления, чтобы уменьшить мощность и усиление. На крышке RF также может потребоваться RF-поглотитель для устранения колебаний. Достаточное затухание требуется для уменьшения максимальной входной мощности каждого каскада усиления ниже номинального уровня входной мощности MMIC. Необходимо предусмотреть достаточное затухание, чтобы обеспечить максимальный запас входной мощности и учесть тепловые и межкомпонентные колебания.На рисунке 2 показаны места, где необходимы ВЧ-аттенюаторы в цепи ограничивающего усилителя.

Рис. 2. Блок-схема, коррекция перегрузки RF.

Широкополосный ограничивающий усилитель ADI, HMC7891, использует четыре каскада усиления HMC462 и рассчитан на работу до 10 дБмВт. Абсолютная максимальная входная мощность составляет 15 дБмВт. Каждый каскад усиления может выдерживать максимальный входной РЧ-сигнал 18 дБмВт. В соответствии с этапом проектирования, описанным в предыдущем абзаце, между каскадами усиления были добавлены аттенюаторы, чтобы гарантировать, что максимальные уровни входной мощности усилителя не превышают 17 дБмВт.На рисунке 3 показан максимальный уровень мощности на входе каждого каскада усиления с фиксированными аттенюаторами, добавленными к конструкции.

Рисунок 3. Смоделированная зависимость P _OUT от частоты, коррекция перегрузки ВЧ.

3.2 Тепловая компенсация

Второй шаг — это термическая компенсация конструкции с целью увеличения диапазона рабочих температур. Обычное требование к температурному диапазону для ограничивающих применений усилителя составляет от –40 ° C до + 85 ° C. Эмпирическая формула изменения коэффициента усиления 0.01 дБ / ° / каскад можно использовать для аппроксимации изменчивости усиления четырехкаскадного усилителя. Усиление увеличивается при понижении температуры и наоборот. При использовании внешнего усиления в качестве базовой линии ожидается, что общее усиление уменьшится на 2,4 дБ при 85 ° C и увеличится на 2,6 дБ при –40 ° C.

Для тепловой компенсации конструкции вместо фиксированных аттенюаторов можно установить имеющиеся в продаже аттенюаторы с регулируемой температурой Thermopad ^® . На рис. 4 показаны результаты тестирования имеющегося в продаже широкополосного аттенюатора Thermopad.На основании данных испытаний Thermopad и приблизительного изменения коэффициента усиления становится ясно, что для тепловой компенсации четырехступенчатого ограничивающего усилителя необходимы два аттенюатора Thermopad.

Рис. 4. Потери термопары при перегреве.

Решить, куда вставить термопад, является важным решением. Из-за повышенных потерь в аттенюаторах Thermopad, особенно при низких температурах, рекомендуется избегать добавления компонентов рядом с выходом РЧ-цепи, чтобы поддерживать высокий предельный уровень выходной мощности.Между первыми тремя каскадами усилителя существуют идеальные места расположения термопрокладок, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Блок-схема, термокомпенсация.

Результаты моделирования характеристик слабого сигнала HMC7891 компании ADI с термокомпенсацией показаны на рисунке 6. Вариация усиления снижается до максимального значения 2,5 дБ до выравнивания частоты. Это находится в пределах требований к изменению усиления ± 1,5 дБ.

Рис. 6. HMC7891 смоделировал усиление слабого сигнала по температуре.

3.3 Частотная коррекция

Последним шагом разработки является улучшение равномерности усиления за счет включения частотной коррекции. Частотная коррекция компенсирует естественный спад усиления, обнаруживаемый в большинстве широкополосных усилителей, путем введения в систему положительной крутизны усиления. Существуют различные конструкции эквалайзера, включая пассивный GaAs MMIC. Пассивные эквалайзеры MMIC идеально подходят для ограничения конструкции усилителей из-за их небольшого размера и отсутствия требований к постоянному току и управляющему сигналу.Количество требуемых частотных эквалайзеров зависит от крутизны скомпенсированного усиления ограничивающего усилителя и отклика выбранного эквалайзера. Рекомендация по проектированию — немного перекомпенсировать частотную характеристику, чтобы учесть потери в линии передачи, потери в соединителе и паразитные характеристики корпуса, которые имеют большее влияние на усиление на более высоких частотах, чем на более низких частотах. Результаты тестирования настраиваемого частотного эквалайзера ADI GaAs показаны на рисунке 7.

Рисунок 7. Измеренные потери в эквалайзере частоты.

Усилителю-ограничителю HMC7891 компании

ADI требуются три частотных эквалайзера для коррекции термокомпенсированной характеристики слабого сигнала. На рисунке 8 показаны результаты моделирования HMC7891 с термокомпенсацией и частотной коррекцией. Решение, куда вставить эквалайзеры, имеет решающее значение для успешного дизайна. Перед добавлением каких-либо эквалайзеров важно помнить, что идеальный усилитель-ограничитель равномерно распределяет максимальную компрессию усилителя по всем каскадам усиления, чтобы избежать перенасыщения.Другими словами, каждая MMIC должна быть одинаково сжата в худших условиях.

Рис. 8. HMC7891 смоделировал усиление слабого сигнала с выравниванием по частоте в зависимости от температуры.

На текущем этапе проектирования, показанном на рисунке 5, эквалайзеры могут быть добавлены на входе устройства последовательно с аттенюаторами Thermopad вместо фиксированного аттенюатора или на выходе устройства. Добавление эквалайзеров на вход ограничивающего усилителя снижает мощность на первом каскаде усиления. В результате компрессия на Этапе 1 уменьшается.Уменьшение компрессии каскада усиления эквивалентно уменьшению ограничивающего динамического диапазона. Кроме того, из-за крутизны затухания эквалайзера ограничивающий динамический диапазон разбегается по частоте. Динамический диапазон уменьшается больше на низких частотах, чем на высоких частотах. Чтобы компенсировать уменьшение ограничивающего динамического диапазона, входная ВЧ-мощность должна увеличиваться. Однако равномерно увеличивающаяся входная мощность увеличивает риск перегрузки каскада усиления усилителя из-за наклона эквалайзера. На входе устройства можно добавить эквалайзер, но это не идеальное место.

Затем, добавление эквалайзера последовательно с Thermopad уменьшит компрессию последующего усилителя. Это создает неравномерное распределение компрессии усилителя между каскадами усиления и уменьшает общий ограничивающий динамический диапазон. Эквалайзеры, соединенные последовательно с аттенюаторами Thermopad, не рекомендуются.

В-третьих, замена эквалайзера (или эквалайзера) на фиксированный аттенюатор изменяет только уровень сжатия усилителя выходного каскада. Чтобы свести к минимуму это изменение и избежать перегрузки по РЧ, потери эквалайзера должны быть приблизительно равны фиксированному значению затухания, удаляемому из системы.Кроме того, как обсуждалось ранее, добавление эквалайзеров перед каскадами усиления создает разброс в ограничении динамического диапазона в зависимости от частоты. Чтобы свести к минимуму этот эффект, замените минимально возможное количество эквалайзеров.

Наконец, к выходу устройства можно добавить эквалайзеры. Выходная коррекция снижает выходную мощность, но не создает ограничивающую дисперсию динамического диапазона. Выравнивание выходного сигнала действительно создает слегка положительный наклон выходной мощности, но этот наклон компенсируется высокочастотным корпусом и потерями в разъеме.Завершенная схема четырехступенчатого усилителя-ограничителя показана на Рисунке 9.

Рисунок 9. Блок-схема, частотная коррекция.

На рисунке 10 показан результат моделирования зависимости выходной мощности от температуры для ADI HMC7891. Окончательная конструкция обеспечивает ограничивающий динамический диапазон 40 дБ и смоделированное изменение выходной мощности в наихудшем случае 3 дБ во всех рабочих условиях.

Рис. 10. HMC7891 смоделировал P _SAT в зависимости от частоты от температуры.

4.0 Результаты тестирования усилителя-ограничителя ADI

Результаты тестирования HMC7891 показаны на рисунках 11–18. Результаты показывают, что конструкция смогла достичь усиления 47 дБ при выходной мощности в насыщении 13 дБмВт. Диапазон входной мощности усилителя составляет от –30 дБм до +10 дБм, что соответствует ограничивающему динамическому диапазону 40 дБ. Устройство было испытано в диапазоне рабочих температур от –40 ° C до + 85 ° C. Фотография HMC7891 показана на Рисунке 19 ниже. Хотя HMC7891 изначально разрабатывался как ограничивающий усилитель, небольшой размер и превосходные ВЧ характеристики позволяют использовать его в различных приложениях, включая использование в качестве утроителя частоты или усилителя гетеродина.Методика проектирования, описанная здесь, может быть использована для будущих схем ограничивающих усилителей с модификациями в соответствии со спецификациями, такими как частота, выходная мощность, усиление, NF или ограничивающий динамический диапазон.

Рис. 11. HMC7891 измерил P _SAT в зависимости от частоты от температуры.

Рис. 12. Измеренные с помощью HMC7891 усиление и возвратные потери.

Рис. 13. HMC7891 измерял P _OUT в сравнении с P _IN при превышении температуры на 2 ГГц.

Рисунок 14. Измерения HMC7891 P _OUT vs.P _IN при перегреве на 10 ГГц.

Рисунок 15. HMC7891 измерил P _OUT в сравнении с P _IN при 18 ГГц превышении температуры.

Рисунок 16. HMC7891 измерил коэффициент шума в зависимости от частоты от температуры.

Рис. 17. HMC7891 измеряет зависимость второй гармоники от частоты при превышении температуры P _SAT .

Рис. 18. HMC7891 измеряет зависимость третьей гармоники от частоты на P _SAT .

Рисунок 19. Фотография HMC7891.

Датчик

sCMOS Уникальный динамический диапазон двойного усилителя — Oxford Instruments

Рисунок 1. Схематическое изображение усилителей уровня столбцов sCMOS и аналого-цифровых преобразователей (АЦП)

Andor’s Neo and Zyla — датчик sCMOS

Двойной усилитель Архитектура датчика sCMOS в Neo и Zyla уникальным образом устраняет необходимость выбора между низким уровнем шума и высокой емкостью лунок, поскольку этот сигнал может быть дискретизирован одновременно усилителями с высоким и низким коэффициентом усиления соответственно. .Таким образом, самый низкий уровень шума датчика может использоваться наряду с максимальной глубиной скважины, обеспечивая максимально широкий динамический диапазон.

Традиционно научные датчики, включая CCD, EMCCD, ICCD и CMOS, требуют, чтобы пользователи выбирали заранее между высоким или низким коэффициентом усиления (т.е. чувствительностью), в зависимости от того, хотят ли они оптимизировать для низкого уровня шума или максимальной глубины лунки. Поскольку истинный динамический диапазон датчика определяется отношением глубины скважины к пределу обнаружения минимального уровня шума, то выбор настройки высокого или низкого усиления будет ограничивать динамический диапазон, ограничивая эффективную глубину скважины или минимальный уровень шума, соответственно.

Например, рассмотрим ПЗС-матрицу с большим пикселем с 16-битным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), обеспечивающую полную глубину лунки 150 000 e ^– и самый низкий уровень шума чтения 3 e ^–. Чувствительность усиления, необходимая для получения наименьшего шума, составляет 1 e ^— / ADU (или « счетчик »), а чувствительность усиления, необходимая для использования полной глубины лунки, составляет 2,3 e ^— / ADU, но с более высоким уровнем шума считывания 5. е ^— . Следовательно, автоматически не следует, что доступный динамический диапазон этого датчика составляет 150 000/3 = 50 000: 1.Это связано с тем, что высокое усиление чувствительности 1e ^— / ADU, которое используется для достижения шума 3 e ^— , означает, что 16-разрядный АЦП будет иметь максимум 65 536 e ^— , что намного меньше 150 000 e ^— доступно от пикселя. Следовательно, реальный динамический диапазон, доступный в «режиме низкого шума», составляет 65 536/3 = 21 845: 1. И наоборот, более низкая настройка усиления чувствительности означает, что АЦП достигнет максимума на уровне ~ 150 000 e ^— , но более высокий уровень шума чтения 5 e ^— все равно ограничит динамический диапазон до 150 000/5 = 30 000: 1 в этом случае. режим большой глубины скважины ».

Датчик sCMOS предлагает уникальную архитектуру двойного усилителя, что означает, что сигнал от каждого пикселя может быть дискретизирован одновременно усилителями как с высоким, так и с низким коэффициентом усиления. Датчик также имеет схему раздельного считывания, в которой верхняя и нижняя половины датчика считываются независимо. Каждый столбец в каждой половине датчика оснащен двойными усилителями уровня столбца и двумя аналого-цифровыми преобразователями, представленными в виде блок-схемы на рисунке 1. Пары двухколоночного усилителя уровня / АЦП имеют независимые настройки усиления, а конечное изображение реконструируется путем объединения показаний пикселей из каналов считывания как с высоким, так и с низким коэффициентом усиления для достижения широкого динамического диапазона внутри сцены, уникально, учитывая относительно небольшой размер 6.Шаг пикселя 5 мкм.

Рисунок 2 — Высококонтрастное изображение помеченной фиксированной ячейки благодаря архитектуре sCMOS с двумя усилителями, обеспечивающей 16-битный диапазон данных. Профиль линии интенсивности показывает сигнал с большим количеством отсчетов, дискретизируемый усилителем высокой емкости (с низким коэффициентом усиления), и сигнал с низким отсчетом, дискретизируемый усилителем с низким уровнем шума (с высоким коэффициентом усиления).

Метод объединения сигналов от двух 11-битных АЦП можно разделить на четыре основных этапа :

1. В конце аналоговой цепи напряжение «сигнала» подается на два независимых усилителя: усилитель с высоким коэффициентом усиления и усилитель с низким коэффициентом усиления.Это приводит к двум отдельным потокам цифровых данных от датчика.
2. В камере FPGA выбирает, какой поток данных использовать, пиксель на пиксель, кадр за кадром, используя пороговый метод.
3. Затем данные корректируются с учетом смещения постоянного тока и усиления. Опять же, это делается попиксельно с использованием данных коррекции, связанных с потоком данных. Коэффициент усиления корректирует относительное QE от пикселя к пикселю, усилитель узла пикселя и относительные коэффициенты усиления высокого и низкого усилителей.
4. Затем пиксели объединяются в одно 16-битное изображение для передачи на ПК.

ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за объединения низких и высоких коэффициентов усиления, переходная область между ними не является бесшовной, но оптимизирована, насколько это возможно.

Доступны две индивидуальные настройки 12-битного усиления и одна 16-битная настройка двойного усилителя для каждого режима затвора как для быстрой, так и для медленной скорости считывания, как показано в таблицах ниже. Пользователь может выбрать вариант использования 12-битных данных канала с одним усилением, если динамический диапазон не является критическим, что приводит к меньшим размерам файлов.Это, в свою очередь, обеспечивает более высокую частоту кадров при непрерывной буферизации через интерфейс Camera Link или USB 3.0 и записи на жесткий диск.

Усиление усилителя	Электронов / отсчет	Шум	Соотношение сигнал / шум	Эффективная глубина скважины (ограничена ADC)
Высокая	Меньше	Нижний	Высшее	Нижний
Низкая	Подробнее	Высшее	Нижний	Высшее

Таблица 1. «Традиционный» ограничивающий выбор: взаимоисключающее влияние выбора усилителя с высоким и низким коэффициентом усиления на минимальный уровень шума и эффективную глубину скважины.

Усиление усилителя (текущее описание Andor SDK / Solis)	Режим	Чувствительность e — / ADU (типовая)	Диапазон данных	Глубина скважины / э —	Размер файла буферизации (на кадр)
12-бит (высокая емкость лунок)	RS	7,5	12 бит	30 000	6 МБ
12 бит (низкий уровень шума)	RS	0.28	12 бит	1,100	6 МБ
16-бит (низкий уровень шума и большая емкость лунок)	RS	0,45	16 бит	30 000	8 МБ

Таблица 2 — Типичная производительность поддерживаемых настроек усиления Zyla 4.2 PLUS sCMOS

Усиление усилителя (текущее описание Andor SDK / Solis)	Режим	Чувствительность e — / ADU (типовая)	Диапазон данных	Глубина скважины / э —	Размер файла буферизации (на кадр)
12-бит (высокая емкость лунок)	GS / RS	7.5	12 бит	30 000	8 МБ
12 бит (низкий уровень шума)	GS	0,42	12 бит	1,700	8 МБ
12 бит (низкий уровень шума)	RS	0,28	12 бит	1,100	8 МБ
16-бит (низкий уровень шума и большая емкость лунок)	GS / RS	0.45	16 бит	30 000	10,5 МБ

Таблица 3 — Типичные характеристики поддерживаемых настроек усиления Zyla и Neo 5.5

Взгляните на наши связанные активы ниже …

Как динамический диапазон, сжатие и запас по громкости влияют на звук

Многое уходит на воспроизведение звука на стереосистеме или домашнем кинотеатре. Регулятор громкости — это основной элемент управления, к которому люди стремятся, но он не может сильно повлиять на качество прослушивания.Динамический запас, динамический диапазон и динамическое сжатие — это дополнительные факторы, которые могут повлиять на общее впечатление от прослушивания.

MistkaS / Getty Images

Динамический запас: мощность, когда она вам нужна

Для звука, заполняющего комнату, стереофонический ресивер или домашний кинотеатр должен выдавать определенную мощность на ваши динамики. Поскольку уровни звука постоянно меняются во время музыкальных записей и фильмов, ресиверу необходимо быстро и единообразно регулировать выходную мощность.

Под динамическим запасом понимается способность стереосистемы, ресивера домашнего кинотеатра или усилителя повышать мощность до более высоких уровней в течение коротких периодов времени. Это предназначено для размещения музыкальных пиков или экстремальных звуковых эффектов в фильмах. Это особенно важно в системе домашнего кинотеатра, где на протяжении всего фильма происходят резкие изменения громкости.

Динамический запас измеряется в децибелах (дБ). Если приемник или усилитель может удвоить свою непрерывную выходную мощность, он должен иметь динамический запас по уровню 3 дБ.Однако удвоение выходной мощности не означает удвоения громкости. Чтобы удвоить громкость по сравнению с заданной точкой, ресиверу или усилителю необходимо увеличить выходную мощность в 10 раз.

Это означает, что если ресивер или усилитель выдает 10 Вт в определенный момент, а резкое изменение звуковой дорожки требует удвоения громкости в течение короткого периода времени, усилитель или приемник должен иметь возможность быстро выдавать 100 Вт.

Возможности динамического запаса по мощности встроены в аппаратную часть ресивера или усилителя и не могут быть отрегулированы.В идеале ресивер домашнего кинотеатра должен иметь динамический запас по уровню не менее 3 дБ или более. Это также может быть выражено номинальной выходной мощностью приемника. Например, если пиковая или динамическая выходная мощность вдвое больше заявленной или измеренной номинальной мощности RMS, непрерывной или FTC, это будет приблизительно 3 дБ динамического запаса.

Динамический диапазон: мягкий против громкого

В аудио динамический диапазон — это отношение самого громкого неискаженного звука к самому тихому звуку, который все еще слышен.Один дБ — это наименьшая разница в громкости, которую может обнаружить человеческое ухо. Разница между шепотом и громким рок-концертом (на одинаковом расстоянии от уха) составляет около 100 дБ.

Это означает, что по шкале дБ рок-концерт в 10 миллиардов раз громче шепота. Для записанной музыки стандартный компакт-диск способен воспроизводить динамический диапазон 100 дБ, в то время как запись LP достигает максимума около 70 дБ.

Когда дело доходит до стереосистем, ресиверов домашнего кинотеатра и усилителей, вам нужно что-то, что может воспроизводить динамический диапазон компакт-диска или другого источника.Одна проблема с исходным контентом, который был записан с широким динамическим диапазоном, заключается в том, что «расстояние» между самыми тихими и самыми громкими частями может раздражать.

Например, в плохо микшированной музыке вокал может казаться заглушенным фоновыми инструментами, а в фильмах диалог может быть слишком мягким для понимания, даже если звуковые эффекты можно услышать на улице.

Здесь на помощь приходит динамическое сжатие.

Динамическое сжатие: сжатие динамического диапазона

Динамическое сжатие не относится к типам форматов сжатия, используемых в цифровом аудио (например, MP3).Вместо этого динамическое сжатие — это инструмент, который позволяет слушателю изменять соотношение между самой громкой и самой тихой частью звуковой дорожки при воспроизведении CD, DVD, Blu-ray Disc или другого формата файла.

Например, если взрывы или другие элементы саундтрека слишком громкие, а диалог слишком тихий, вы захотите сузить динамический диапазон, присутствующий в саундтреке. Это сделает звуки взрывов не такими громкими, но диалог звучит громче. Это делает общий звук более ровным, что полезно при воспроизведении CD, DVD или Blu-ray Disc на низкой громкости.

В ресиверах домашнего кинотеатра или аналогичных устройствах степень динамического сжатия регулируется с помощью элемента управления настройками, который может быть обозначен как динамическое сжатие, динамический диапазон или DRC.

Подобные фирменные системы управления динамическим сжатием включают DTS TruVolume, Dolby Volume, Zvox Accuvoice и Audyssey Dynamic Volume. Кроме того, некоторые параметры управления динамическим диапазоном или сжатием могут работать с разными источниками, например, при переключении каналов на телевизоре, чтобы все каналы были на одном уровне громкости, или при подавлении громкой рекламы в телепрограмме.

Итог

Динамический запас, динамический диапазон и динамическое сжатие являются важными факторами, влияющими на диапазон громкости в среде прослушивания. Если регулировка этих уровней не решает проблемы, с которыми вы сталкиваетесь, подумайте о рассмотрении других факторов, таких как искажения и акустика комнаты.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Трудно понять

Широкополосный малошумящий сверхпроводящий усилитель с высоким динамическим диапазоном

1

Day, P.K., LeDuc, H.G., Mazin, B.A., Vayonakis, A. & Zmuidzinas, J. Широкополосный сверхпроводящий детектор, подходящий для использования в больших массивах. Nature 425 , 817–821 (2003).

ADS Статья Google ученый

2

Wallraff, A. et al. Сильная связь одиночного фотона со сверхпроводящим кубитом с использованием схемной квантовой электродинамики. Nature 431 , 162–167 (2004).

ADS Статья Google ученый

3

Змуидзинас, Дж.Сверхпроводящие микрорезонаторы: физика и приложения. Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3 , 169–214 (2012).

Артикул Google ученый

4

Кастелланос-Бельтран, М. А., Ирвин, К. Д., Хилтон, Г. К., Вейл, Л. Р. и Ленерт, К. В. Усиление и сжатие квантового шума с помощью настраиваемого джозефсоновского метаматериала. Nature Phys. 4 , 929–931 (2008).

ADS Статья Google ученый

5

Ямамото, Т.и другие. Джозефсоновский параметрический усилитель с магнитным приводом. Заявл. Phys. Lett. 93 , 042510 (2008).

ADS Статья Google ученый

6

Bergeal, N. et al. Фазосохраняющее усиление вблизи квантового предела с помощью джозефсоновского кольцевого модулятора. Природа 465 , 64–68 (2010).

ADS Статья Google ученый

7

Шпиц, Л., Ирвин, К., Ли, М. и Аументадо, Дж. Шумовые характеристики сверхпроводящих квантовых интерференционных усилителей постоянного тока с сосредоточенными элементами в диапазоне 4–8 ГГц. Заявл. Phys. Lett. 97 , 142502 (2010).

ADS Статья Google ученый

8

Hover, D. et al. Сверхпроводящий низкоиндуктивный волновой гальванометрический СВЧ-усилитель. Заявл. Phys. Lett. 100 , 063503 (2012).

ADS Статья Google ученый

9

Мюк, М., Кисия, Дж. Б. и Кларк, Дж. Сверхпроводящее устройство квантовой интерференции в качестве усилителя с почти квантовым ограничением на частоте 0,5 ГГц. Заявл. Phys. Lett. 78 , 967–969 (2001).

ADS Статья Google ученый

10

Циммер, Х. Параметрическое усиление микроволн в сверхпроводящих джозефсоновских туннельных переходах. Заявл. Phys. Lett. 10 , 193–195 (1967).

ADS Статья Google ученый

11

Мошович Р. и др. Наблюдение сжатия нулевой точки шума с помощью параметрического усилителя Джозефсона. Phys. Rev. Lett. 65 , 1419–1422 (1990).

ADS Статья Google ученый

12

Луиселл, В. Х., Ярив, А. и Сигман, А.E. Квантовые флуктуации и шум в параметрических процессах. I. Phys. Ред. 124 , 1646–1654 (1961).

ADS Статья Google ученый

13

Кейвс, К. М. Квантовые ограничения шума в линейных усилителях. Phys. Ред. D 26 , 1817–1839 (1982).

ADS Статья Google ученый

14

Поспешальский, М. В.Чрезвычайно малошумящее усиление с криогенными полевыми транзисторами и полевыми транзисторами: 1970–2004 гг. IEEE Microw. Mag. 6 , 62–75 (2005).

ADS Статья Google ученый

15

Виджай Р., Слихтер Д. Х. и Сиддики И. Наблюдение квантовых скачков в сверхпроводящем искусственном атоме. Phys. Rev. Lett. 106 , 110502 (2011).

ADS Статья Google ученый

16

Кларк, Дж.& Брагинский, А. И. Справочник по SQUID: Основы и технология SQUID и SQUID-систем 1-е изд (Wiley-VCH, 2004).

Забронировать Google ученый

17

Irwin, K. D. in AIP Conf. Proc. (ред. Янг Б., Кабрера Б. и Миллер А.) 229–236 (Серия конференций Американского института физики, том 1185, 2009 г.).

Google ученый

18

Каллен, А.L. Параметрический усилитель бегущей волны. Природа 181 , 332 (1958).

ADS Статья Google ученый

19

Тьен П. К. Параметрическое усиление и смешение частот в схемах распространения. J. Appl. Phys. 29 , 1347–1357 (1958).

ADS Статья Google ученый

20

Hansryd, J., Andrekson, P.А., Вестлунд, М., Ли, Дж. И Хедеквист, П. О. Оптические параметрические усилители на основе волокна и их применения. IEEE J. Sel. Верхний. Quant. Электрон. 8 , 506–520 (2002).

ADS Статья Google ученый

21

Foster, M.A. et al. Широкополосный параметрический коэффициент усиления на кремниевом фотонном кристалле. Nature 441 , 960–963 (2006).

ADS Статья Google ученый

22

Тонг, З.и другие. На пути к сверхчувствительным оптическим каналам связи с помощью фазочувствительных усилителей с низким уровнем шума. Природа Фотон. 5 , 430–436 (2011).

ADS Статья Google ученый

23

Суини, М. и Малер, Р. Параметрический усилитель бегущей волны на джозефсоновских переходах. IEEE Trans. Magn. 21 , 654–655 (1985).

ADS Статья Google ученый

24

Юрке, Б., Роукс, М. Л., Мовшович, Р., Парджеллис, А. Н. Малошумящий параметрический усилитель на джозефсоновском переходе с последовательной решеткой. Заявл. Phys. Lett. 69 , 3078–3080 (1996).

ADS Статья Google ученый

25

Парментер Р. Х. Нелинейная электродинамика сверхпроводников с очень малым расстоянием когерентности. RCA Rev. 23 , 323–352 (1962).

Google ученый

26

Анфор, А., Pothier, H. & Esteve, D. Плотность состояний в сверхпроводнике, несущем сверхток. Phys. Rev. Lett. 90 , 127001 (2003).

ADS Статья Google ученый

27

Ландауэр Р. В. Сверхпроводящий параметрический усилитель. Патент США 3111628 (1963).

28

Tholen, E.A. et al. Нелинейности и параметрическое усиление в сверхпроводящих копланарных волноводных резонаторах. Заявл. Phys. Lett. 90 , 253509 (2007).

ADS Статья Google ученый

29

Leduc, H.G. et al. Пленки нитрида титана для сверхчувствительных микрорезонаторных детекторов. Заявл. Phys. Lett. 97 , 102509 (2010).

ADS Статья Google ученый

30

Маттис Д. и Бардин Дж. Теория аномального скин-эффекта в нормальных и сверхпроводящих металлах. Phys. Ред. 111 , 412–417 (1958).

ADS Статья Google ученый

31

Перл, Дж. Распределение тока в сверхпроводящих пленках, несущих квантованные флюксоиды. Заявл. Phys. Lett. 5 , 65–66 (1964).

ADS Статья Google ученый

32

Анлейдж, С. М., Снортленд, Х. Дж. И Бизли, М. Р. Сверхпроводящая линия передачи с регулируемой задержкой по току. IEEE Trans. Magn. 25 , 1388–1391 (1989).

ADS Статья Google ученый

33

Stolen, R. & Bjorkholm, J. Параметрическое усиление и преобразование частоты в оптических волокнах. IEEE J. Quant. Электрон. 18 , 1062–1072 (1982).

ADS Статья Google ученый

34

Ландауэр Р. Ударные волны в нелинейных линиях передачи и их влияние на параметрическое усиление. IBM J. Res.

Динамический диапазон усилителя: Основные параметры усилителя — Практическая электроника