Учебное пособие: Основные показатели работы усилителей

, (3.5)

где К1, К2, К3 – коэффициенты усиления на частотах f1, f2 и f3, соответственно;

q1, q2, q3 – сдвиг по фазе на этих же частотах.

Если К1 ¹ К2 ¹ К3, то выходной сигнал будет иметь форму, отличную от входного.

Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по его амплитудно-частотной характеристике, представляющей собой зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала.

Степень искажений на отдельных частотах выражается коэффициентом частотных искажений М, равным отношению коэффициента усиления на средней частоте Кср к коэффициенту усиления Kf на анализируемой частоте f

(3.6)

Обычно наибольшие частотные искажения возникают (допускаются) на границах диапазона частот fн и fв. Коэффициенты частотных искажений в этом случае равны

,(3.7)

где Кн, Кв – соответственно коэффициенты усиления на нижних и верхних частотах диапазона.

Из определения коэффициента частотных искажений следует, что если М > 1, то частотная характеристика в области анализируемой частоты имеет завал, а если М < 1, – то подъем. Для усилителя идеальной частотной характеристикой является горизонтальная прямая.

Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов

М = М1 М2 М3... Мп. (3.8)

Следовательно, частотные искажения, возникающие в одном каскаде усилителя, могут быть скомпенсированы в другом так, чтобы общий коэффициент частотных искажений не выходил за пределы заданного.

Коэффициент частотных искажений, так же как и коэффициент усиления, удобно выражать в децибелах:

В случае многокаскадного усилителя

Допустимая величина частотных искажений зависит от назначения усилителя. Для усилителей контрольно-измерительной аппаратуры, например, допустимые искажения определяются требуемой точностью измерения широкополосного сигнала и могут составлять десятые и даже сотые доли децибела.

По росту частотных искажений до допустимой величины, что соответствует спаду K(ω), определяют так называемые нижнюю wн (или fн) и верхнюю wв (fв) граничную частоты усилителя. Иначе, это частоты, на которых модуль коэффициента усиления усилителя уменьшается до допустимой (заданной) величины относительно Кср. Допустимая величина спада определяется назначением усилителя и может быть различной для wн и wв. Наиболее часто в качестве критерия используют спад коэффициента усиления до 0,707 по сравнению с Кср, что соответствует спаду на 3 дБ.

Полоса частот в пределах от wн до wв называется рабочей полосой частот, или полосой пропускания усилителя:

ω= ωВ – ωН или Df = fв – fн

Если при проектировании многокаскадного усилителя задана полоса пропускания усилителя (DFус), то полоса пропускания отдельного каскада (DFкас) должна быть более широкой. При примерно одинаковой полосе пропускания каскадов должны выполняться следующие соотношения:

Как видно из выражения (3.5), дополнительный фазовый сдвиг при прохождении частотных составляющих сигнала через усилитель также может привести к искажениям, которые в этом случае носят наименование фазовых. При этом под фазовыми искажениями обычно подразумевают лишь сдвиги, создаваемые реактивными элементами усилителя, а поворот фазы самим усилительным элементом во внимание не принимается. Например, не учитывается изменение фазы на 1800, которое характерно для многих типов, так называемых, инвертирующих усилителей. В усилителях с несколькими входами при подаче сигнала на одни входы изменение фазы на 1800 может происходить, а при подаче на другие – нет[2] . Вместе с тем, сигнал, проходя по каждому из входов получает дополнительный фазовый сдвиг, зависящий от частоты.

Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются по его фазочастотной характеристике, представляющей собой график зависимости угла сдвига фазы между входным и выходным напряжениями усилителя от частоты (рисунок 3.3). Фазовые искажения в усилителе отсутствуют, когда фазовый сдвиг линейно зависит от частоты:

qi = tfi. (3.9)

В этом случае, выражение (3.5), в предположении отсутствия частотных искажений, примет вид:

,