20. Основные метрологические характеристики усилителей. Искажения в усилителях: виды, их происхождение, способы устранения. Временные зависимости с искажениями и без искажений.

К основным метрологическим характеристикам усилителя относятся: ди­намический диапазон, коэффициент усиления, рабочий диапазон воспроизво­димых частот, входное и выходное сопротивление.

Большинство эти характеристик усилителя определяется по его амплитуд­ной характеристике - графику зависимости напряжения на выходе усилителя от напряжения на входе при постоянной частоте усиливаемого сиг­нала.

1. Динамический диапазон усилителя - диапазон изменения сигнала на входе усилителя, в котором он усиливается без амплитудных (нелинейных ис­кажений). Под искажениями понимается несоответствие формы входного сиг­нала форме выходного (усиленного) сигнала.

m = U_{вх max} / U_{вх min}

Когда амплитуда напряжения на входе усилителя выходит за пределы ли­нейного участка амплитудной характеристики возникают так называемые ам­плитудные (нелинейные) искажения.

AB - линейный участок характеристики

Амплитудная характеристика усилителя

2. Коэффициент усиления усилителя:

К_ус = ∆U_вых / ∆U_вх

Коэффициент усиления усилителя, как его параметр, определяется на сере­дине линейного участка амплитудной характеристики.

Для каждого вида физиологического сигнала коэффициент усиления дол­жен иметь номинальную величину, которая рассчитывается исходя из того, что минимальная величина данного сигнала должна быть усилена до 6 Вольт. Такое напряжение необходимо для работы регистрирующих устройств. Учитывая этот факт, можно вычислить номинальный коэффициент усиления усилителя для данного сигнала: К_ном = 6 В / U_{сигн min}. Например, для ЭКГ номинальный коэф­фициент усиления будет равен: К_1|Ю| = 6 В/0,3 мВ = 20 ООО.

Для борьбы с амплитудными искажениями в усилителях предусмотрен ме­тодический приём «Калибровка». При этом на вход усилителя медицинского прибора подаётся напряжение I мВ, и регулировкой коэффициента усиления в небольших пределах добиваются определённой амплитуды записи. В случае ЭЭГ на вход усилителя подаётся напряжение 1 мкВ. При уменьшении коэффи­циента усиления усилителя происходит расширение динамического диапазона усилителя, при увеличении коэффициента усиления - сужение динамического диапазона. Это и позволяет приспособить усиливаемый сигнал пол линейный участок амплитудной характеристики усилителя.

3.Коэффициент нелинейных искажений. При выходе усиливаемого сиг­нала за пределы линейного участка характеристики (за пределы динамического диапазона) возникают нелинейные (амплитудные) искажения. Для характеристики этих искажений вводится понятие коэффициента нелинейных искажений, который вычисляется по формуле:

К_и.н. = (U_ном - U_вых) / U_ном

где U_ном - то значение выходного напряжения, которое давал бы усилитель при данном напряжении на входе усилителя, если бы амплитудная характери­стика усилителя была бы полностью линейной.

4. Рабочий диапазон воспроизводимых частот усилители - диапазон час­тот, в котором допустимы 30% частотные искажения.

Оказывается, что коэффициент усиления усилителя зависит не только от амплитуды входного напряжения, но и от частоты усиливаемого сигнала. Эта зависимость выражается частотной характеристикой усилителя - графиком зависимости коэффициента усиления от частоты усиливаемого сиг­нала при постоянном напряжении на входе усилителя: К_ус = f(v) при U_вх = const.