Частотная характеристика усилителей

Характеристика, изображающая зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала – частотная. Поскольку коэффициент усиления является комплексным, то изменению, по сравнению с входным сигналом, подвергается как амплитуда, так и фаза выходного сигнала. Поэтому различают две частотные характеристики: амплитудно–частотную и фазо–частотную характеристики, кратко называемые также амплитудной (частотной) и фазовой характеристиками.

Частотная (амплитудная) и фазовая характеристика определяют способность усилителя пропускать сигнал с определенным частотным спектром.

Для усилителя звуковых частот представляет интерес амплитудная характеристика; а фазовая не играет существенной роли, поскольку человеческое ухо не реагирует на небольшие фазовые сдвиги звуковых сигналов. Иначе обстоит дело в видеоусилителях. Фазовая характеристика имеет такое же значение, как и амплитудная, поскольку человеческий глаз реагирует на малые фазовые сдвиги и отдельных составляющих сигнала изображения.

а)                                                           б) Рисунок 58

Так как гармонические составляющие усиливаемого сигнала усиливаются не в одинаковой мере, следовательно, форма выходного сигнала отлична от формы входного. Такие искажения частотные. Причиной частотных искажений являются реактивные элементы(индуктивности и емкости) усилителя, сопротивления которых зависят от частоты, параметров полупроводниковых приборов.

Из–за того, что усилитель, не усиливает одинаково сигналы различных частот, возникает необходимость уточнения способности усилителя усиливать определенные полосы частот. Эта способность выражается с помощью ширины полосы, определяемой как разность между двумя точками амплитудной характеристики, для которых коэффициент усиления на 3дБ меньше, чем на средних частотах. Одна из точек, расположенная в этой части характеристики отражает в диапазоне более низких частот, соответствует на оси частот нижней граничной частоте , тогда другая точка – соответственно верхней граничной частоте . Разность этих частот является шириной полосы пропускания, которую обычно обозначают буквой b или :

.

Точки на амплитудной характеристике, в которых усиление (по напряжению и току) снижается на 3 дБ называются точками половинной мощности, поскольку соответствующая им мощность уменьшается в 2 раза.

Если усилитель содержит n каскадов, то

.

При большом числе каскадов коэффициент получается слишком громоздким и неудобным в обращении параметром. Поэтому часто усиление выражают в логарифмических единицах – децибелах т.е.:

,

,

.

В зависимости от применения усилители могут иметь различную ширину полосу пропускания. Полоса пропускания усилителей звуковой частоты лежит в полосе от нескольких десятков герц до 10 –30 кГц, тогда как в видиоусилителях, от нескольких герц до нескольких мегагерц (6.5 мГц).

Оба упомянутых усилителя относятся к усилителям типа фильтр нижних частот, поскольку пропускают сигналы с очень низкими частотами. Именно поэтому в подобных усилителях за ширину полосы пропускания принимают значение верхней граничной частоты , поскольку разница  незначительно меньше частоты .