Нелинейные искажения в каналах связи

Нелинейные искажения вызваны нелинейностью системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного. Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник. Типовые значения КНИ: 0 % — синусоида; 3 % — форма, близкая к синусоидальной; 5 % — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % — сигнал прямоугольной формы.

Нелинейные искажения, возникающие в каналах связи при передаче сигналов, обусловлены нелинейностью динамических характеристик отдельных элементов тракта (рис.2.8). Такими элементами обычно являются электронные усилители, модуляторы и демодуляторы. Эти характеристики представляют собой зависимость мгновенного значения выходной величины тока i2 или напряжения u2 от мгновенного значения тока i1 или напряжения u1 на входе при гармоническом характере его изменения.

u₂ u₂

0 u₁ Т t

u₁=U_m1sinwt

Т U_m1

t

Рис. 2.8 Появление в выходном сигнале (1) наряду с первой гармоникой (2) второй гармоники (3) за счет нелинейности динамической характеристики.

Разложение выходного сигнала на гармонические составляющие показывает, что за счет криволинейной формы динамической характеристики этот сигнал помимо первой содержит вторую гармонику. Более высокие гармонические составляющие опущены.

Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник, представляющим отношение действующего значения напряжения или тока высших гармоник к действующему значению первой гармоники:

, (3)

но можно пользоваться амплитудными значениями, в частности тока:

. (4)

Сами по себе высшие гармоники 2f,3f,….мало влияют на качество звучания при передаче телефонных сообщений. Это объясняется тем, что в спектрах звуков речи уже содержатся гармоники, называемые обертонами. Наибольшие искажения звуков вызывают комбинационные частоты. Амплитуды комбинационных частот пропорциональны коэффициенту гармоник, и их искажающее влияние воспринимается на слух при .

Передача диспетчерской информации в телефонном режиме по одноканальной линии может вестись с коэффициентом гармоник, не превышающим 10%. Дальнейшее его увеличение связано со значительным ухудшением разборчивости речи.

В многоканальной связи допускаются незначительные нелинейные искажения порядка . Это объясняется тем, что гармоники и комбинационные частоты попадают из одного канала связи в другие. По данной причине выражения (3) и (4) непригодны и для оценки искажения здесь используются обратные величины , рассчитываемые только по второй или третьей гармонике и выражаемые в децибелах. Они получили названия затухающие нелинейности по:

- второй гармонике

- третьей гармоники

При передаче телеграфных сигналов нелинейные искажения в канале не имеют значения, а в случаях фототелеграфной и телевизионной связи они приводят к нарушениям градаций яркости.

Нелинейные искажения могут быть снижены за счет применения более линейных элементов (здесь выбор невелик), линеаризации каскадов за счет местных ОС, применения симметричных схем (симметричный рисунок еще не говорит о том, что схема симметрична - не всегда "комплементарные" транзисторы обладают одинаковыми параметрами), за счет увеличения глубины общей ОС (что является страшной крамолой у адептов High End) и за счет подбора транзисторов дифкаскадов и двухкактных каскадов. От одного очень вредного вида искажений - переходных искажений выходного двухтактного каскада- можно радикально избавиться, переведя каскад в режим А, но при этом теряется перегрузочная способность по току выходного каскада.

Поиск по сайту: