Характеристики усилителей

Коэффициент усиления зависит от частоты

k_u =

В общем случае коэффициент усиления зависит как от амплитуды сигнала, так и от частоты и описывается комплексной функцией.

K_u() = mod k_u’ (модуль)

 АЧХ – зависимость коэффициента усиления от частоты

() = arg k_u’ (аргумент)

 ФЧХ – зависимость сдвига фазы выходного сигнала от частоты

Вид АЧХ определяет и вид ФЧХ и наоборот.

Ачх усилителей и их фчх

У реального усилителя k зависит от частоты. Область частот в пределах которых k  const = k₀ – называется областью средних частот – рабочая полоса частот.

 = _в - _н - полоса пропускания усилителя;

_н - нижняя частота полосы пропускания;

_в - верхняя частота полосы пропускания.

0    _н  область нижних частот

k = k() - зависит от частоты (с увеличением частоты – k увеличивается)

  _в  область высоких частот

k = k()- зависит от частоты (с увеличением частоты – k уменьшается)

Спад усиления на ВЧ и НЧ обусловлен наличием реактивных элементов в усилителе и конечным быстродействием усилительного элемента.

В зависимости от АЧХ усилители делятся на:

1. если   ₀, где ₀ – центральная частота усиления, то это узкополосный (резонансный) усилитель.

2.   ₀ – широкополосный усилитель (ШПУ) (видеоусилитель)

3.   ₀ – полосовой усилитель.

По частоте:

1. УНЧ – усилители низких частот (10Гц – 40 (100)кГц)

2. УПЧ – усилители промежуточных частот (1 МГц)

3. УВЧ – усилители высоких частот (1-100 МГц)

4. СВЧ – сверхвысокочастотные усилители (1 ГГц)

5. ОВЧ – особовысокочастотные усилители (1 ГГц до 20 ГГц)

ФЧХ

У реального усилителя на НЧ и ВЧ выходной сигнал преобразует дополнительный сдвиг фазы, обусловленный наличием реактивных элементов. На НЧ это элементы связи, блокирующие и фильтрующие конденсаторы. Их влияние носит дифференцирующий характер (  0). На ВЧ влияет емкость нагрузки, монтажа, быстродействие АЭ. Их влияние носит интегрирующий характер (  0). В рабочей полосе частот   const. Зависимость k() и () для сложного входного сигнала приводит к его линейным искажениям (частотным).

 - рабочая полоса частот, в пределах которой амплитудные искажения k   3 дб, а фазовые искажения    /4.

Амплитудная характеристика

U_вых = f(U_вх)_=const

1 – область внутренних шумов усилителя. Даже при отсутствии входного сигнала на выходе присутствует хаотический шумовой сигнал. Шумы обусловлены температурными шумами элементов (тепловой шум), дискретной природой электричества (квантовый), избыточными шумами АЭ. Внутренние шумы ограничивают возможность усиления слабых сигналов снизу.

2 – область линейного усиления. U_вх = k_uU_вх, tg  k_u

3 – область ограничения выходного сигнала (нелинейных искажений выходного сигнала). Ограничение обусловлено либо мощным источником питания, либо нелинейностью ВАХ активного элемента.

D = - это есть динамический диапазон усиления – возможность усилителя усиливать как слабые, так и сильные сигналы.