Амплитудно- и фазочастотная характеристики

В состав любого электронного усилителя входят реактивные элементы (разделительные и блокировочные конденсаторы, паразитные емкости активных элементов, емкость монтажа и пр.). По этой причине коэффициент усиления усилителя является комплексной величиной. Предположим, что на вход усилителя поступает сигнал, комплексная амплитуда которого равна . В результате усиления на нагрузке усилителя появляется напряжение . Комплексный коэффициент усиления напряжения в этом случае равен

.

Модуль комплексного коэффициента усиления напряжения K w) называется коэффициентом усиления усилителя.

Зависимость K от частоты (K (f)) называется амплитудно-частотной (кратко – частотной) характеристикой (АЧХ) усилителя. Она изображена на рисунке 5, а. Для АЧХ типичным является наличие так называемой области средних частот, в которой K почти не зависит от частоты и обозначается K ₀. Его иногда называют номинальным коэффициентом усиления.

Часто на АЧХ по вертикальной оси используют относительный масштаб, откладывая нормированное усиление y = K /K ₀, т. е. коэффициент усиления, отнесенный к его значению на средних частотах. Такая АЧХ y (f) называется нормированной.

Рисунок 5

На нижних и верхних (низших и высших) частотах АЧХ обычно спадает. Частоты, на которых относительное усиление у уменьшается до условного уровня отсчета d, называются граничными частотами усилителя: f _Н (w_Н) и f _В (w_В) – соответственно нижняя и верхняя граничные частоты. Типовым или стандартным уровнем отсчета считается значение d= 1/= 0,707. Диапазон частот от f _Н до f _В называется полосой пропускания усилителя.

Вследствие спада усиления на краях полосы пропускания не все спектральные составляющие сложного колебания усиливаются в одинаковое число раз. Это приводит к искажениям его формы, которые называются частотными искажениями. Их косвенной мерой является значение относительного усиления на граничных частотах полосы пропускания.

Изменение усиления на граничных частотах относительно его значения на средних частотах называется неравномерностью частотной характеристики. Неравномерность частотной характеристики выражается в децибелах (20lg у). В звуковых сигналах частотные искажения воспринимаются на слух как изменение тембра (высоты тона). Спад величины у на граничных частотах полосы пропускания в усилителях звуковой частоты допускается не более чем на 3 дБ (в 1,41 раза), а в усилителях измерительных приборов – не более чем на 0,1 дБ.

Зависимость фазового сдвига j, вносимого усилителем, от частоты называется его фазочастотной (кратко – фазовой) характеристикой (рисунок 5, б). Из теории цепей известно, что если фазочастотная характеристика (ФЧХ) четырехполюсника не является прямой, исходящей из начала координат, то время прохождения через него различных спектральных составляющих сложного колебания различно. Это приводит к искажениям его формы, которые называются фазовыми.

Частотные и фазовые искажения называются линейными, так как создаются емкостями и индуктивностями схемы, которые являются линейными элементами. Они искажают форму лишь сложного колебания, а форму гармонического (синусоидального) колебания не изменяют. Линейные искажения не приводят к появлению новых составляющих в спектре сигнала. Они вызывают лишь изменение соотношения амплитуд и фаз между отдельными спектральными составляющими.

Оценку показателей усилителя с помощью АЧХ и ФЧХ называют частотным методом.

Дата добавления: 2014-01-05