Фазо-частотная, амплитудно-частотная, амплитудная и переходная характеристики усилителя

Основным показателем усилителя электрических сигналов является его коэффициент усиления. Коэффициент усиления усилителя напряжения равен отношению выходного напряжения к входному напряжению.

Коэффициент усиления усилителя тока равен отношению выходного тока к входному току.

Коэффициент усиления усилителя мощности равен отношению выходной мощности к входной мощности.

Для оценки коэффициента усиления по мощности часто пользуются не отношением значений мощностей, а логарифмической единицей отношения – Бел. Изменение мощности в Белах определяется следующим выражением:

. (5.1)

Чаще пользуются меньшей единицей – децибелом, который равен десятой части Бела. Коэффициент усиления по мощности в децибелах равен:

. (5.2)

Так как мощность пропорциональна квадрату напряжения, то при оценке коэффициента усиления по напряжению в децибелах выражение для коэффициента усиления запишется в следующем виде:

. (5.3)

В общем случае коэффициент усиления является комплексной величиной, так как выходное напряжение отличается от входного напряжения не только по амплитуде, но и по фазе:

, (5.4)

(5.5)

Где – разность фаз между выходным и входным напряжениями.

Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя:

. (5.6)

А б

Рис.5.2. Амплитудно-частотная (А) и фазовая (Б) характеристики усилителя

Полосой пропускания усилителя называется диапазон частот, на границах которого модуль коэффициента усиления уменьшается в раз по сравнению с максимальным значением коэффициента усиления.

Фазово-частотной или фазовой характеристикой усилителя называется зависимость угла сдвига фаз между выходным и входным напряжениями от частоты:

. (5.7)

Амплитудно-частотная характеристика усилителя напряжения и один из возможных примеров фазовой характеристики показаны на рис. 5.2.

Амплитудной характеристикой усилителя называется зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от амплитуды входного напряжения при постоянной частоте входного сигнала.

Рис. 5.3. Реальная и идеальная амплитудная характеристика

Реальная и идеальная амплитудные характеристики показаны на рис. 5.3. Реальная амплитудная характеристика отличается от идеальной в области малых сигналов из-за собственных шумов усилителя, а в области больших сигналов – из-за нелинейности активного элемента.

Переходная характеристика усилителя представляет собой отклик усилителя на напряжение в виде единичного скачка. Она характеризует усилитель в переходном режиме при усилении импульсных сигналов. Единичный скачок на входе и переходная характеристика усилителя показаны на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Единичный скачок напряжения и переходная характеристика усилителя

Входное сопротивление усилителя – это отношение изменения входного напряжения усилителя к изменению входного тока.

Выходное сопротивление усилителя – это отношение изменения выходного напряжения усилителя к изменению выходного тока.

Динамический диапазон усилителя оценивается величиной в пределах которой усилитель является линейным устройством.

, (5.8)

Минимальное напряжение на входе, при котором усиливаемый сигнал различим на фоне помех.