3. Амплитудная и частотная характеристика усилителя.
3.1. Амплитудная характеристика усилителя – это график зависимости амплитуды выходного сигнала усилителя от амплитуды входного сигнала для стандаргной частоты входного сигнала.
Для усилителей звуковых колебаний стандартными частотами входного сигнала являются частоты 400 и 1000 Гц.
Амплитудную
характеристику строят в прямоугольной
системе координат, где по вертикали
откладывают напряжение на выходе
усилителя (
),
а по горизонтали напряжение (
)
на входе усилителя.
Амплитудная характеристика усилителя имеет три участка:
АB - нижний нелинейный участок.
BC - средний прямолинейный участок.
CD - верхний нелинейный участок.
График амплитудной характеристики.
Нижний нелинейный участок (АВ) обусловлен собственными шумами усилителя и помехами. Их причинами являются тепловые колебания молекул резисторов, шумы ламп и транзисторов.
Прямолинейный участок (ВС) является рабочим участком. В его пределах коэффициент усиления постоянен и выходное напряжение усилителя пропорционально входному.
Верхний нелинейный участок ( СD ) - это нерабочий участок, участок нелинейных искажений усилителя, вызванных его перегрузкой.
Амплитудная характеристика идеального усилителя представляет собой прямую Uвых = Кус Uвх, где учасок ВС часть данной прямой.
Uмин - чувствительность усилителя.
Д = Uмакс / Uмин - динамический диапазон.
3.2. Частотная характеристика усилителя – это график зависимости коэффициента усиления или выходного напряжения от частоты входного сигнала при условии, что входное напряжения постоянно.
Эту
характеристику строят в прямоугольной
системе координат, где по вертикали
откладывают коэффициент усиления (
)
или выходное напряжение (
),
а по горизонтали частоту входного
сигнала в логарифмическом масштабе.
У идеального усилителя частотная характеристика представляет прямую, параллельную горизонтальной оси (пунктирная линия). Это означает, что амплитуда входного сигнала для всех частот от нуля до бесконечности усиливается одинаково.
У реальных усилителей частотная характеристика имеет три более или
менее выраженных участка: АВ, ВС, СД.
График частотной характеристики усилителя.
(а) – идеального, (б) – реального.
АB – участок неравномерного усиления амплитуд входного сигнала.
ВС – рабочий участок равномерного усиления амплитуд входного сигнала.
СD – участок неравномерного усиления амплитуд входного сигнала.
Точки В и С в проекции на горизонтальную ось соответствуют нижней и верхней граничным частотам диапазона рабочих частот, а промежуток между этими частотами составляет полосу пропускания усилителя.
Построение частотной характеристики усилителя и определение полосы пропускания усилителя.
Схема установки для снятия частотной характеристики.
На вход усилителя подключить генератор синусоидальных колебаний и вольтметр, для контроля входного напряжения.
На выход усилителя подключить нагрузку и второй вольтметр для контроля выходного напряжения.
Следя по первому вольтметру за постоянством входного напряжения, изменяют частоту входного сигнала от минимальной до максимальной. Снимают зависимость выходного напряжения усилителя от частоты входного сигнала. Данные заносят в таблицу. По данным таблицы строят график – частотную характеристику усилителя: зависимость выходного напряжения от частоты.
Uвых
Umax
0.7
Umax
0
ν
мин
νмакс
ν
График частотной характеристики, как правило, имеет колоколообразный вид. В таком случае определяют полосу пропускания усилителя «по уровню 0.7».
Считается, что усилитель работает удовлетворительно, если для граничных частот текущая мощность усилителя по сравнению с максимальной упала в 2 раза:
Рмакс/Р =2 .
Так как Р макс = U2макс / Rн, а Р = U2 / Rн , получим для квадратов амплитуд: U²макс/U ² = 2.
Переходя от квадратов амплитуд напряжений к наряжениям получим:
Uмакс/U = √2,
U = Uмакс /√2 = 0.7 Uмакс.
Проводят прямую U = 0.7 Uмакс параллельно оси частот. Проекции точек пересечения данной прямой с графиком частотной характеристики на ось частот дадут значения нижней и верхней частот полосы пропускания усилителя.