Интермодуляционные искажения (ИМИ) - подвид нелинейных искажений, возникающих в усилителе, охваченном глубокой отрицательной обратной связью (ООС). Я тут оговорюсь, сделав акцент на сильное влияние ООС, так как, в стационарном режиме уровень интермодуляционных искажений очень не велик, по крайней мере, значительно меньше нелинейных искажений, но в усилителе, охваченном глубокой ООС, он «усиливается» на величину равную глубине обратной связи.
ИМИ также называют разностными - по одноименному методу их измерения, пришедшему из радиотехники, где эффект появления разностной составляющей на нелинейном элементе дает возможность создавать преобразователи частот. Также, в радиотехнике ИМИ создают паразитные (побочные) каналы приема, например, широко известный "зеркальный канал".
ИМИ в звукотехнике, по оценке экспертов, проявляются так называемой "мыльностью звучания", "размазанной звуковой картиной", "зажатостью звука в высокочастотном спектре".
Эффект снижения нелинейных искажений при введении ООС объясняется снижением уровня сигнала подаваемого на вход усилителя за счет вычитания из входного сигнала уменьшенного выходного сигнала, несущего информацию о нелинейности усилительных каскадов, инвертированную ко входу усилителя. Таким образом, во входной сигнал вносятся предыскажения, маскирующие нелинейность усилителя. Т.к. вычитание сигнала ООС из входного происходит во входном каскаде к нему предъявляются повышенные требования к перегрузочной способности. Инвертирующая схема усилителя в этом отношении находится в более выгодном положении, т.к. вычитание происходит суммированием до входа усилителя. Т.е. на входной каскад инвертирующего усилителя поступает значительно меньший уровень сигнала, не вызывающий перегрузки и соответствующий значительно меньшим нелинейным искажениям.
Теперь рассмотрим момент возникновения ИМИ, начиная с времени молчания, когда на вход усилителя еще не поступает сигнал, - усилитель "молчит", но поступивший на вход усилителя сигнал будет значительно выше номинального уровня, т.к. в нормальном режиме входной сигнал уменьшается ослабленным ООС выходным сигналом, и, если в усилителе не предприняты меры по повышению перегрузочной способности, входной каскад будет перегружен и может уйти в насыщение, также поведут себя и последующие каскады, которые работают в режиме максимального усиления - Ку равен вне петлевому. Спустя какое-то время, выходной сильно искаженный сигнал поступает в цепь ООС, ослабляется ей и поступает на вход усилителя, где к этому моменту того входного сигнала уже нет, и усиливается еще раз, снова попадая на выход в уже инвертированном виде. Таким образом, входной сигнал, поступивший на вход усилителя, после периода молчания, вводит усилитель в нестандартный режим генерации произвольного сигнала, которого не было во входном сигнале. При возникновении эффекта насыщения в некоторых каскадах, этот процесс может длиться довольно долго. Этот процесс оценивается временем выхода в стационарный режим. Конечно же, при поступлении периодического сигнала искаженный выходной сигнал будет вычтен из входного и разностный сигнал будет усилен, некоторым образом скомпенсировав возникающие в усилителе искажения, правда не затронув "передний фронт" или "атаку", которые, конечно же, будут искажены, и, если сигнал кратковременен появится еще хорошо слышимая генерация постороннего шумоподобного сигнала. Такой же кратковременный шум можно услышать при внезапном замирании входного сигнала. Как Вы сами понимаете, длительность такой генерации приблизительно равна суммарной задержке в усилителе. Такие искажения хорошо видны на осциллографе подключенном к выходу усилителя, нагруженного реальной нагрузкой, при подаче на вход усилителя меандра с частотой равной или близкой к верхней рабочей частоте усилителя.
Один из методов подавления ИМИ - установка перед усилителем, охваченном глубокой ООС, фильтра нижних частот, призванного уменьшить скорость нарастания входного сигнала до уровня, не вызывающего значительного роста ИМИ. Или более дорогой метод - применение высокочастотных элементов, позволяющих снизить суммарную задержку усилителя и увеличить скорость нарастания выходного сигнала. Снижению ИМИ также способствует введение местных обратных связей на всех каскадах усиления и многопетлевая ООС. Другой метод, и надо сказать значительно более эффективный, но значительно более дорогостоящий, это, конечно же, - повышение линейности усилителя без охвата обратной связью. Важный момент в этом направлении - это применение высоко линейных пассивных элементов (конденсаторов, резисторов, проводов и др.), чем и отличается Hi-End, где во главу угла ставится точность звуковоспроизведения не считаясь с затратами на ее воплощение.
Стоит заметить, что благодаря множеству факторов (нелинейность и разброс параметров элементов, помехи и пр.) на практике не возможно построить "идеальный" абсолютно не искажающий усилитель без ООС. Стремление к совершенству приводит к значительным трудовым и материальным затратам, которые не целесообразны при производстве массовой радиоаппаратуры, поэтому в производстве соблюдается некоторый компромисс качества и цены, оцениваемых массовым потребителем и экспертами.
Литература:
1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем.-М. Мир, 1991.-446 с.: ил.
2. Шкритек П. Способы снижения шумов и помех // Справочное руководство по звуковой схемотехнике = Handbuch der Audio-Schaltungstechnik. — М.: Мир, 1991. — С. 244-267. — 446 с.
3. Харли Роберт, ЭнциклопедияHigh-End Audio, 2000. ISBN 5-901186-01-X
4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ.— 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Мир, 1993.—413 с, ил. ISBN 5-03-002337-2.
5. Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины — М: Рус. яз., 1993
6. Справочник по радиоэлектронным устройствам: В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
