Частотная и фазовая характеристики усилителя

Типовая частотная характеристика усилителя с резисторно-емкостной связью между каскадами имеет вид.

Рис.. 2.1. Частотная и фазовая характеристика усилителя.

Как видно из рисунка коэффициент усиления при увеличении частоты вначале растет, а затем спадает до нуля. Частота ω₀ при которой коэффициент усиления принимает МАХ значение наз. квазирезонансной частотой. Однако К незначительно отличается от К₀ в широком диапазоне изменения частоты, слева и справа и эта область наз. областью средних частот. За пределами этой области располагаются области высокой и низкой частот, которые ограничивают допустимые уменьшения значения коэффициента усиления. Диапазон частот между ω_н и ω_в наз. рабочий диапазон усилителя. Считается допустимым уменьшение коэффициента усиления по мощности до 50%, что соответствует снижению коэффициента усиления по напряжению в 0,707 раз.

Частотные искажения

В общем случае искажения – это изменение формы сигнала в процессе усиления. Когда на вход усилителя подается сигнал сложной формы то можно предполагать, что он состоит из суммы синусоидальных сигналов различных частот. Если сигналы различных частот в процессе усиления будут усилены в одинаковой мере, то на выходе получим сигнал такой же формы. Однако наличие в схеме реактивных элементов приводит к тому, что гармоники различных частот усиливаются неодинаково и получаем на выходе сигнал отличный по форме от входного. Искажения такого рода наз. частотными. При их отсутствии частотная характеристика располагалась бы горизонтально, а так она имеет вид, показанный на рисунке 2.1. Степень отклонения К от К₀ на данной частоте определяет количественно частотные искажения. Коэффициент искажения определяется формулой

низкие частоты

высокие частоты

При отсутствии искажений получаем М=1.

Фазовые искажения

Фазовыми искажениями наз. изменение формы выходного сигнала из-за непропорционального сдвига по фазе гармоник различных частот. Эти искажения также связаны с частотой т.к. вызываются наличием реактивных элементов в схеме усилителя. Если взять сложный входной сигнал, состоящий из бесконечного ряда гармонических составляющих, то токи и напряжения на реактивных элементах, будут зависеть от частоты. Таким образом, и коэффициент усиления будет зависеть от частоты и на выходе при усилении входного сигнала, амплитуду каждой из составляющих будет усиливаться не одинаково, а это значит, что и форма выходного сигнала будет не соответствующей входной.

Таким образом, фазовые искажения определяются теми же факторами, что и частотные искажения, что приводит к искажению формы выходного сигнала. Рассмотрим пример рис.2.2.

Рис..2.2.

Однако необходимо отметить, что не всегда фазовый сдвиг приводит к фазовым искажениям. Если фазовый сдвиг создаваемый усилителем пропорционален частотам гармоническим составляющих, т.е. ψ_н=ω_нτ, то искажений не будет,

есть просто запаздывание на время τ. Фазовая характеристика φ=ƒ(ω).

φ

ω

без искажений

с искажениями

Рис..2.3.

При оценке фазовых искажений имеет значение не абсолютные значения фазовых сдвигов, а отклонение Δφ.

Выходная мощность

Эта величина, характеризующая усилители мощности. При сигналах синусоидальной формы выходная мощность зависит от выходного напряжения и сопротивления нагрузки.

,

при работе на активную нагрузку будем иметь

Необходимо отметить, что мощность, отдаваемая в нагрузку, ограничивается искажениями. Эти искажения возникают при большой амплитуде входного сигнала и нелинейности характеристик усилителя. Номинальная мощность-это мах выходная мощность при искажениях не превышающих допустимые.