Амплитудная характеристика и динамический диапазон реального и идеального диапазон усилителя

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость амплитуды сигнала (напряжения, тока или мощности) на выходе усилителя от амплитуды сигнала на его входе и является второй важнейшей характеристикой реального усилителя.

Для идеального усилителя эта зависимость всегда линейны, так как его коэффициент усиления К постоянен: U_вых= К·U_вх. Поэтому амплитудная характеристика идеального усилителя представляет прямую линию из начала координат (прямая «а» на рис.3), тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен коэффициенту усиления:

Кривая б на рис.3 соответствует типичной амплитудной характеристике реального усилителя. Она линейна лишь в определённом диапазоне входных напряжений, а именно при U_вх1 U_вх U_вх2. Только в пределах этого диапазона коэффициент усиления постоянен, амплитудные искажения сигнала отсутствуют и усилитель подобен идеальному.

Этот диапазон входных напряжений от U_вх1 до U_вх2, в пределах которого отсутствуют нелинейные (амплитудные) искажения, назы­вается динамическим диапазоном усилителя. Его часто выражают в децибелах:

. (5)

Вне этого диапазона амплитудная характеристика становится нелинейной, и если амплитуды гармоник входного сигнала выходят за пределы этого диапазона, то будут наблюдаться амплитудные искажения формы усиливаемого сигнала.

 

Условия усиления биосигнала без существенных искажений. Диапазон амплитуд и полоса частот биоэлектрических сигналов, поступающих с поверхности тела человека при регистрации электрокардиограмм (ЭКГ), электромиограмм (ЭМГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ).

Для правильного (без искажений ) усиления исследуемого сигнала реальным усилителем, необходимо выполнитьдва условия:

1) Частотный спектр усиливаемого сигнала должен полностью попадать в полосу пропускания усилителя.

2) Диапазон амплитуд усиливаемого сигнала должен находиться в пределах динамического диапазона усилителя.

Диапазон амплитуд и полоса частот биоэлектрических сигналов, поступающих с поверхности тела человека при регистрации электрокардиограмм (ЭКГ), электромиограмм (ЭМГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ)приведен в таблице 1.

 

Таблица 1 Амплитудные и частотные параметры электрокардиограммы (ЭКГ), электромиограммы (ЭМГ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ)

Электрограммы	Частотный спектр, Гц	Амплитуды электрограмм, мВ	Необходимый коэффициент усиления
ЭКГ	0,5 – 400	0,1 – 5,0	10^4
ЭМГ	1,0 – 1000	0,01 – 50	10^3—10^5
ЭЭГ	1,0 – 300	0,01 – 0,5	10^5 – 10^6

Данные взяты из книги Самойлов В.О. Медицинская биофизика/С-Пб, «СпецЛит», 2004г.