Частотная характеристика усилителя. Линейные искажения

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 (см. § 14.3), то коэффициент уси­ления для разных гармонических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства проводников, сколь бы малы они ни были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления. Таким образом, существенна зависи­мость k = f(ω) 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 рис. 18.4. На рис. 18.4, а изображен периодический сигнал 3, который является суммой двух синусоид (1 и 2), а на рис. 18.4, б — те же сигналы после уси­ления. Если синусоидальные сигналы разной частоты усиливают­ся по-разному, например, один с k₁ = 2, а другой с k₂ = 0,5, то ре­зультирующий усиленный сигнал отличается от входного (срав­ните кривые 3 на рис. 18.4, а и б).

Частотную характеристику усилителя обычно изображают графически (рис. 18.5). Из этого рисунка видно, что в пределах со₂ — со₃ коэффициент усиления примерно постоянен. В радиотех­нике принято считать, что уменьшение его до 0,7K_mах ~ K_mах/√2 практически не искажает сигнала. Диапазон частот со₁ — со₄ 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 60 Гц — 15 кГц, а усиление ви­деоимпульсов требует значительно большей полосы пропускания.

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.