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

Использование линейного участка характеристики еще не является гарантией неискаженного усиления электрического сигнала.

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.

Линейные искажения иллюстрируются на рис.3.

Рис.3. Линейные искажения.

На рис.3а изображен периодический сигнал 3, который является суммой двух синусоид (1 и 2). Если синусоидальные сигналы усиливаются по-разному, например один с k₁ =2, а другой с k₂ = 0, 5, то результирующий усиленный сигнал отличается от входного (сравните кривые на рис.3 а, б).

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, 7 k _max (или k _max / ) практически не искажает сигнала. Диапазон частот называют полосой пропускания усилителя.

Для расширения полосы пропускания приходится усложнять усилительные схемы. Однако диапазон частот, которые надо усиливать без искажения, определяется задачами усиления. Так, для усиления звука достаточно полосы 30 Гц – 18 кГц, а усиление видеоимпульсов требует значительно большей полосы пропускания.

Рис.4. Частотная характеристика усилителя.

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.