25.Определение частотной и амплитудной характеристик, полосы частот, динамического диапазона усилителя.

Цель:научиться снимать амплитудную и частотную характеристики усилителя биоэлектрических сигналов

Расчетная формула для определения коэффициента усиления усилителя по напряжению:

, где - амплитуда выходного сигнала, - амплитуда входного сигнала.

Усилитель электрокардиографа должен без искажений усиливать сигналы с частотой 0 – 6 Гц. Так, частота в 1Гц соответствует 60 сокращениям сердца в минуту. Частота в 6Гц соответствует 360 сокращениям сердца в минуту. Частотную характеристику такого усилителя необходимо снимать, начиная с очень низких частот.

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.

Существенна зависимость k = f( ) или k = f(v), которая получила название частотной характеристики усилителя.Частотная характеристика должна иметь вид k = const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных.

В пределах коэффициент усиления примерно постоянен. В радиотехнике принято считать, что уменьшение его до 0,7 k_max (или k_max / ) практически не искажает сигнала. Диапазон частот называют полосой пропускания усилителя.

Усиление сигнала обычно сопровождается изменением формы сигнала. Поэтому любой усилитель характеризуется не только коэффициентом усиления Кус, но и мерой искажения выходного сигнала, по сравнению со входным.

Линейные искажения обусловлены наличием в усилителе реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты f. Из-за этого отдельные гармонические составляющие входного сигнала усиливаются неодинаково, нарушается их взаимный фазовый сдвиг относительно друг друга, форма сигнала искажается.

Под амплитудно – частотная характеристика усилителя понимается зависимость │К│=f(ω).Фазочастотной характеристикой усилителя называется зависимость фазового сдвига выходного гармонического колебания относительно входного при изменении частоты f.Переходной характеристикой усилителя U_вых(t) называется зависимость мгновенного значения выходного напряжения U от времени t при единичном скачкообразном изменении входного напряжения.

Эта характеристика отражает переходные процессы в схеме и позволяет судить об искажении усиливаемого импульсного сигнала.

Нелинейные искажения приводят к появлению на выходе усилителя напряжений и токов с частотами, являющимися высшими гармоническими составляющими входного сигнала, которых не было в спектре входного сигнала. При усилении гармонического сигнала нелинейные искажения принято оценивать коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений) К_Г. Этот коэффициент измеряется на выходе усилителя при подаче на вход гармонического колебания и определяется соотношением:

,

где Р₂, Р₃, ..., Р_n - мощность второй, третьей и n-ой гармоник.

 При резистивной нагрузке допустимый уровень определяется:

,

где U_m2,U_m3,U_mn – амплитуды второй, третьей и n-ой гармоники.

Динамический диапазон усилителя оценивается как:

В пределах динамического диапазона усилитель рассматривается как линейное устройство.