Частотная характеристика.
Так как коэффициент усиления усилителя при изменении частоты изменяется как по модулю, так и по фазе, отдельные гармонические составляющие сигнала, подаваемого на вход усилителя, усиливаются неодинаково и сдвигаются на различное время; обе причины приводят к искажению формы выходного сигнала.
Искажения формы сигнала, вызываемые неодинаковым усилением различных частот, называют частотными искажениями; искажения формы, вызываемые сдвигом фазы, вносимым усилителем, называютфазовыми искажениями. Как частотные, так и фазовые искажения обусловлены линейными элементами схемы усилителя, т. е. элементами, подчиняющимися закону Ома; поэтому их называютлинейными искажениями.
Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по его частотной характеристике, представляющей собой зависимость модуля коэффициента усиления от частоты. Частотную характеристику строят в прямоугольных координатах, откладывая по вертикальной оси в линейном масштабе коэффициент усиления в относительных или логарифмических единицах, а по горизонтальной оси — частоту в герцах (или круговую частоту = 2) в логарифмическом масштабе (рис. 2-1, а). В экспериментально снятых частотных характеристиках по вертикальной оси вместо коэффициента усиления нередко откладывают выходное напряжениеUвых, имеющее место при подаче на вход постоянного по величине входного напряженияUвх = const различных частот.
Частотные искажения, вносимые усилителем на какой-либо частоте, оценивают при помощи относительного усиления Y на этой частоте, представляющего собой отношение коэффициента усиленияKiна данной частоте к коэффициенту усиления в области средних частотKср; относительное усиление может быть выражено как в относительных, так и в логарифмических единицах. Определение величиныYи его перевод из относительных единиц в децибелы и обратно производят по выражениям:
;lg Y; (2-4)
Значение Yв относительных единицах, равное единице, а в децибелах, равное нулю, соответствует отсутствию частотных искажений.
Логарифмическими единицами особенно удобно пользоваться для определения коэффициента усиления или коэффициента частотных искажений многокаскадного усилителя: в этом случае коэффициенты усиления или коэффициенты частотных искажений отдельных каскадов не перемножают, как это приходится делать при использовании относительных единиц, а складывают.
В расчетных формулах вместо относительного усиления Yудобнее использовать обратную величину, называемуюкоэффициентом частотных искажений и обозначаемую черезМ:
;20 lg M; .
Допустимая величина частотных искажений зависит от назначения усилителя и изменяется в широких пределах. Например, для усилителей сигналов речи и музыки в рабочей полосе частот допускают частотные искажения от 1 до 6 дб в зависимости от качества усилителя и его назначения. Для усилителей измерительных приборов допустимые искажения определяются требуемой точностью измерения и могут составлять десятые и даже сотые доли децибела.
Для практических расчетов удобны нормированные частотные характеристики (рис. 2-1,6), в которых по вертикальной оси откладывают относительное усиление Y в линейном масштабе, а по горизонтальной — в логарифмическом масштабе безразмерную величинуX, пропорциональную частоте и связанную с электрическими данными схемы (нормированную частоту).