АМПЛИТУДНО- И ФАЗОЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Комплексный коэффициент усиления по напряжению K = Ke^jφ. Его модуль K называется коэффициентом усиления. Зависимость K от частоты называется амплитудно-частотной (кратко - частотной) характеристикой (АЧХ) усилителя. Она изображается на рис. 1.2, а. Здесь по горизонтали отложена угловая частота ω=2πf. Вместо ω можно откладывать частоту f. Для АЧХ типичным является наличие так называемой области средних частот, в которой K почти не зависит от частоты и обозначается K₀. Его иногда называют номинальным коэффициентом усиления. Чаще всего на АЧХ по вертикальной оси используют относительный масштаб, откладывая относительное (нормированное) усиление M = K/K₀ , т. е. коэффициент усиления, отнесенный к его значению на средних частотах. Такая АЧХ M(ω) или M(f) называется нормированной.

На нижних и верхних (низших и высших) частотах АЧХ обычно спадает. Частоты, на которых относительное усиление M уменьшается до условного уровня отсчета d, называются граничными частотами усилителя: f_н и f_в - соответственно нижняя и верхняя. Будем использовать в основном угловую частоту ω, так что ω_н=2πf_н и ω_в=2πf_в. Типовым или стандартным уровнем отсчета считается значение d=1/ =0,707. Диапазон частот от f_Н до f_В называется полосой пропускания усилителя.

Вследствие спада усиления на краях полосы пропускания не все спектральные составляющие сложного колебания усиливаются в одинаковое число раз. Это приводит к искажениям его формы, которое называются амплитудно-частотными или частотными искажениями. Их косвенной мерой является значение относительного усиления на граничных частотах полосы пропускания. Изменения усиления на граничных частотах относительно его значения на средних частотах называется неравномерностью частотной характеристики, выражается в децибелах (20 lg М) и указывается в ТУ на аппаратуру. Неравномерность нормированной АЧХ характеризуют также параметрами ε(f)=M(f) – 1. При этом абсолютное значение ε при M(f) < 1 называют спадом АЧХ, а при M(f) > 1 ее подъемом.

В звуковых сигналах частотное искажение воспринимаются на слух как изменение тембра (высоты тона). Спад величины M на граничных частотах в усилителях звуковой частоты допускается не более чем на 3 дБ (в 1,41 раза), а в усилителях измерительных приборов – не более чем на 0,1 дБ.

Зависимость от частоты фазового сдвига φ, вносимого усилителем, называется его фазочастотной (кратко - фазовой) характеристикой (рис. 1.2, б). Из теории цепей известно, что если фазочастотная характеристика (ФЧХ) четырехполюсника не является прямой, исходящей из начала координат, то время прохождения через него различных спектральных составляющих сложного колебания различна. Это приводит к искажениям его формы, которые называются фазочастотными или фазовыми. На практике ФЧХ используется реже, чем АЧХ, в виду меньшей значимости и сравнительной сложности измерения фазовых сдвигов.

Частотные и фазовые искажения называются линейными, так как создаются емкостями и индуктивностями схемы, которые являются линейными элементами. Они искажают форму лишь сложного колебания, а форму гармонического (синусоидального) колебания не изменяют. Линейные искажения не приводят к появлению новых составляющих в спектре сигнала. Они вызывают лишь изменения соотношения амплитуд и фаз между отдельными спектральными составляющими.

Масштаб по оси частот на АЧХ и ФЧХ обычно берется логарифмический. Он удобен тем, что растягивает область нижних и сжимает область верхних частот. Это позволяет одинаково подробно рассматривать равные относительные изменения частоты в любой ее области.