Основные параметры и характеристики усилительного каскада

По функциональному назначению усилители подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности, которые характеризуются соответствующими коэффициентами усиления: .

В реальных усилителях сигналы разных частот усиливаются по разному. Для характеристики частотных свойств усилителей используются зависимости коэффициентов усиления от частоты и фазового сдвига от частоты.

Первая характеристика называется амплитудно-частотной (АЧХ), вторая – фазо-частотной (ФЧХ). Типовая АЧХ K=f(F) имеет вид, представленный на рис. 1.

идеальная

К

 

Кср

 

 

0,707 Кср

 

Fн Fв F(Гц)

Рис. 1

К_СР – максимальный коэффициент усиления на средней частоте;

F_В – F_Н = - частотный диапазон, полоса пропускания усили теля;

F_В – верхняя граничная частота, F_Н – нижняя граничная частота.

На рис. 2 представлена фазо-частотная характеристика усилительного каскада.

+

 

 

Fн Fо Fв F

идеальная

-

Рис. 2

; К_О − коэффициент усиления по постоянному току.

Если АЧХ и ФЧХ усилителя отличаются от идеальных, то эти отличия называются частотными или линейными искажениями. В этом случае сложный сигнал будет иметь искажение из-за различного усиления составляющих спектра.

Частотные искажения оцениваются по величине отклонения АЧХ и ФЧХ от идеальных. Для этого используется коэффициент частотных искажений , где - максимальный коэффициент; - коэффициент усиления на данной частоте F.

Чувствительность усилителя характеризуется входным сигналом, при котором на выходе создается выходной номинальный сигнал.

Выходной номинальный сигнал (напряжение) – это наибольшее выходное напряжение, при котором искажения не превышают допустимых значений.

Зависимость выходного напряжения усилителя от его входного напряжения называется амплитудной характеристикой (АХ) (рис. 3).

режим насыщения транзистора ограниченный ЕК

U_ВЫХ

 

В

 

линейный

участок

А

 

Рис. 3

В начальной части характеристики изгиб определяется собственными шумами транзистора (они соизмеримы с амплитудой U_ВХ). АВ – рабочий участок характеристики, на которой наблюдается линейная зависимость между входным и выходным напряжениями. Если амплитуда входного сигнала U_ВХ такова, что усилитель работает на криволинейных участках амплитудной характеристики, то в выходном сигнале появляются искажения формы.

Такие виды искажений называются нелинейными. Степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник ;

где − мощности гармоник выходного сигнала. Вторая, третья и последующие гармоники появляются в выходном сигнале из-за искривления формы сигнала.

По полосе пропускания усилители подразделяются на узкополосные и широкополосные. Узкополосный усилитель настроен на частоту первой гармоники и фильтрует в основном все остальные, поэтому К_Г 0.

Динамический диапазон входного сигнала определяется выражением .

Аналогично, динамический диапазон усилителя определяется выражением .

Для нормальной работы усилителя динамический диапазон усилителя должен быть согласован с динамическим диапазоном входного сигнала, т.е. . Не выполнение данного условия приводит к появлению нелинейных искажений в выходном сигнале.