73. Частотная характеристика усилителя. Частотные искажения. Полоса пропускания усилителя. Предупреждение частотных искажений.

Усилителями электрических сигналов или электронными усилителями называют устройства, увеличивающие эти сигналы за счет энергии внешнего источника.

Усилители могут создаваться на основе различных элементов (транзисторы), однако в общих вопросах все усилители могут быть представлены достаточно едино. Они имеют вход, на который подается усиливаемый электрический сигнал, и выход, с которого снимается усиленный сигнал. Непременной частью всей системы является источник электрической энергии.

Наиболее распространенным принципом усиления сигнала является воздействие входной цепи на электрическое сопротивление выходной цепи. Это воздействие соответствует форме усиливаемого сигнала, и поэтому форма сигнала воспроизводится в выходной цепи.

Существенным требованием к усилителям является воспроизведение усиливаемого сигнала (усиление) без искажения его формы. На практике это требование выглядит как стремление усилить электрический сигнал с наименьшими искажениями.

Возможность усилителя увеличить поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления. Он равен отношению приращения напряжения (силы тока, мощности) на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения (силы тока, мощности) на входе:

k_U = ,k_I = ,.

При усилении сигнала синусоидальной формы в выражениях обычно используют амплитуды входного и выходного сигналов:

k=U_{max вых} / U_{max вх}.

Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, то он может быть разложен на отдельные гармонические составляющие, каждой из которых соответствует своя частота. Так как в усилителях используются конденсаторы и катушки индуктивности, а их сопротивление зависит от частоты, то коэффициент усиления для разных гармонических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства проводников, сколь бы малы они не были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления.

Таким образом, существенна зависимость k = f() или k = f(v), которая получила название частотной характеристики усилителя. Для того чтобы ангармонический сигнал был усилен без искажения (даже при использовании линейной части амплитудной характеристики), необходима независимость коэффициента усиления от частоты. Частотная характеристика должна иметь вид k = const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных.

Если синусоидальные сигналы усиливаются по-разному, например один с k₁ =2, а другой с k₂ = 0,5, то результирующий усиленный сигнал отличается от входного

Частотная характеристика имеет большое значение при выборе усилителя для записи биопотенциалов, имеющих характер сложного колебания с различными пределами частот в их гармоническом спектре. Поэтому не всегда усилитель, предназначенный для записи одних биопотенциалов, может быть использован для записи других.

Частотную характеристику усилителя обычно изображают графически (рис.4). Из рисунка видно, что в пределах коэффициент усиления примерно постоянен. В радиотехнике принято считать, что уменьшение его до 0,7k_max (или k_max /) практически не искажает сигнала. Диапазон частотназываютполосой пропускания усилителя.