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.

Ламповый усилитель.

Простейшим видом усилителя является ламповый усилительнапряжения с нагрузкой в виде резистора (резистивный усилитель), схема которого на триоде показана на рис.5.

Рис.5. Ламповый усилитель.

Малые колебания сеточного напряжения лампы вызывают значительные колебания анодного тока. Соединив анод лампы с резистором R_H нагрузки, можно получить значительные колебания падения напряжения на этом резисторе (этим и обусловливается название усилителя). В качестве нагрузки применяют также катушку индуктивности, трансформатор, колебательный контур и т.д.

Чтобы избежать нелинейных искажений, надо использовать пропорциональную зависимость между силой анодного тока и сеточным напряжением, т.е. линейный участок сеточной характеристики. Для этого, во-первых, нужно задать напряжение на сетке при отсутствии переменного сигнала. Это значение, называемое рабочей точкой усилителя, должно находиться примерно посередине линейного участка сеточной характеристики и, как правило, в области отрицательных значений напряжения сетки. Во-вторых, амплитуда усиливаемого сигнала должна удовлетворять тому условию, чтобы результирующее сеточное напряжение находилось в пределах линейного участка характеристики.

Для выбора рабочей точки в усилителе используют резистор R_К (рис.5).

Постоянная составляющая анодного тока создаст на нем постоянное падение напряжения. Так как падение напряжения на R_С незначительно, то потенциал сетки будет ниже потенциала катода на I_aR_к.

Таким образом, с помощью R_К осуществляют нужное смещение напряжения на сетке, поэтому его называют резистором смещения ( катодный резистор ).

Однако при таком включении сеточное смещение будет определяться и переменной составляющей анодного тока. Чтобы избежать этого, параллельно R_К подключают конденсатор С_К. Его сопротивление постоянному току бесконечно велико и в то же время можно так подобрать его значение, чтобы переменная составляющая анодного тока проходила через него практически беспрепятственно.

Конденсатор С_Р служит для того, чтобы на сетку лампы не поступала постоянная составляющая сигнала, так как это может повлиять на положение рабочей точки. Резистор R_С – резистор утечкислужит для предотвращения накапливания случайного заряда на сетке лампы.

1 234