Сжатие усиления - Gain compression
Важным параметром сжатия усиления является OP1dB, который представляет собой входную мощность, которая приводит к компрессии выходной мощности (OP) на 1 дБ. Для этого примера OP1dB составляет примерно 2 Вт, потому что при этом уровне входной мощности зеленая кривая соответствует 6 Вт, а красная кривая - примерно 5 Вт. Отношение 5/6 составляет 83,3%, тогда как потеря 1 дБ - это отношение
Сжатие усиления является уменьшением «дифференциал» или «наклон» усиление , вызванным нелинейностью в передаточной функции усилительного устройства. Эта нелинейность может быть вызвана нагревом из-за рассеивания мощности или перегрузкой активного устройства за пределы его линейной области. Это явление цепей с большим сигналом .
Актуальность
Сжатие усиления актуально в любой системе с широким динамическим диапазоном, такой как аудио или RF . Это чаще встречается в ламповых схемах, чем в транзисторных схемах, из-за различий в топологии, что, возможно, вызывает различия в звуковых характеристиках, называемых « звук клапана ». Интерфейсные РЧ усилители из радиоприемников особенно восприимчивы к этому явлению при перегрузке сильного нежелательным сигнала.
Звуковые эффекты
Ламповый радиоприемник или ламповый усилитель будет увеличиваться в объеме до определенной точки, а затем, когда входной сигнал выходит за пределы линейного диапазона устройства, эффективное усиление уменьшается, изменяя форму сигнала. Эффект присутствует и в транзисторных схемах. Степень эффекта зависит от топологии усилителя.
Различия между обрезкой и сжатием
Клиппинг, как форма сжатия сигнала, отличается от работы типичного студийного компрессора уровня звука , в котором сжатие усиления не происходит мгновенно (задерживается во времени с помощью настроек атаки и восстановления).
Обрезка уничтожает любую аудиоинформацию, превышающую определенный порог. Сжатие и ограничение изменяют форму всего сигнала, а не только форму сигнала выше порогового значения. Вот почему можно ограничивать и сжимать с очень высокими коэффициентами, не вызывая искажений.
Ограничение или отсечение
Усиление - это линейная операция. «Сжатие усиления» не является линейным, и, как таковое, его эффект заключается в искажении из-за нелинейности передаточной характеристики, которая также вызывает потерю «крутизны» или «дифференциального» усиления. Таким образом, выходная мощность меньше ожидаемой при небольшом усилении сигнала усилителя.
При клиппировании сигнал резко ограничивается определенной амплитудой и, таким образом, искажается, удерживаясь ниже этого уровня. Это создает дополнительные гармоники, которых нет в исходном сигнале.
«Мягкое» отсечение или ограничение означает, что в передаточной характеристике нет резкой «точки перегиба». Синусоида , которая была мягко обрезается станет больше похожа на квадратные волны , с более закругленными краями, но по- прежнему будет иметь много дополнительных гармоник .
Сжатие
Сжатие усиления вызвано нелинейными характеристиками устройства при работе на больших амплитудах. С любым сигналом, когда входной уровень увеличивается за пределы линейного диапазона усилителя, происходит сжатие усиления.
Рабочая точка транзистора может изменяться в зависимости от температуры, поэтому более высокая выходная мощность может привести к сжатию из-за рассеивания коллектора. Но это не изменение прироста; это нелинейное искажение. Выходной уровень остается примерно таким же, как и входной уровень выше. Как только достигается нелинейная часть передаточной характеристики любого усилителя, любое увеличение входного сигнала не будет сопровождаться пропорциональным увеличением выходного сигнала. Таким образом происходит сжатие усиления. Кроме того, в это время, поскольку передаточная функция больше не является линейной, возникнут гармонические искажения .
Преднамеренное сжатие
При преднамеренном сжатии (иногда называемом автоматической регулировкой усиления или сжатием уровня звука ), которое используется в устройствах, называемых «компрессорами динамического диапазона», общее усиление схемы активно изменяется в зависимости от уровня входного сигнала с течением времени, поэтому передаточная функция остается линейно в течение короткого периода времени. Синусоидальная волна в такой системе по-прежнему будет выглядеть на выходе как синусоидальная волна, но общее усиление варьируется в зависимости от уровня этой синусоидальной волны. Выше определенного входного уровня выходная синусоида всегда будет иметь одинаковую амплитуду. Выходной уровень преднамеренного сжатия меняется со временем, чтобы минимизировать нелинейное поведение. С компрессией усиления все наоборот, его выход постоянный. В этом отношении преднамеренное сжатие служит менее художественной цели.
Радиочастотная компрессия
«Сжатие усиления» в усилителях RF аналогично мягкому ограничению. Однако в узкополосных системах эффект больше похож на сжатие усиления просто потому, что гармоники отфильтровываются после усиления. Во многих технических паспортах для РЧ-усилителей указаны показатели сжатия, а не искажения, потому что их легче измерить и они более важны, чем показатели искажений в нелинейных РЧ-усилителях.
В широкополосных и низкочастотных системах легко заметны нелинейные эффекты, например, выходной сигнал ограничен . Чтобы увидеть то же самое на частоте 1 ГГц , необходим осциллограф с полосой пропускания не менее 10 ГГц. Наблюдение с помощью анализатора спектра , сжатие основной гармоники и улавливание гармоник .
Примеры RF-сжатия
РЧ-усилитель с низким уровнем шума , если он направлен направленной антенной на потребительский приемник на 900 МГц , должен улучшить дальность передачи. Это работает, но приемник также может улавливать пару станций УВЧ около 700 МГц.
Например, если канал 54 передает 6 МВт в AM , FM и PM , РФ передний конец, ожидая -80 дБм , будет сильно перегружены и генерировать смешивания продуктов. Это типичный эффект сжатия усиления.
Громкоговорители большой мощности
Сжатие мощности - это форма сжатия усиления, которая имеет место в звуковых катушках громкоговорителей, когда они нагреваются и увеличивают свое сопротивление . Это приводит к уменьшению потребляемой мощности усилителя и снижению уровня звукового давления .