Http://www.radiomaster.ru/stati/radio/index.php

Основные параметры усилителей

Любой усилитель, предназначенный для обработки медико-биолгических сигналов, может быть представлен в виде активного четырехполюсника (рис.1.1). Источник сигнала с ЭДС Евх и внутренним сопротивлением Ri подключается ко входу усилителя. Во входной цепи протекает входной ток Iвх, величина которого зависит от входного сопротивления усилителя Rвх и внутреннего сопротивления источника сигнала. За счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника сигнала напряжение на входе, которое собственно и усиливается усилителем, отличается от ЭДС источника сигнала:

Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема усилителя

Выходным током усилителя является ток нагрузки Rн. Величина этого тока зависит от выходного напряжения, которое отличается от напряжения холостого хода kUвх за счет выходного сопротивления усилителя

Для оценки свойств усилителя вводится ряд параметров.
- Коэффициенты усиления по напряжению и току

Эти коэффициенты показывают во сколько раз изменяются значения напряжения и тока на выходе по сравнению с входными значениями. Коэффициент усиления по мощности может быть найден как

У любого усилителя K_P>>1, в то время как коэффициенты усиления по току и напряжению могут быть меньше единицы. Однако если одновременно K_I<1 и K_U<1, устройство не может считаться усилителем.

Необходимо отметить, что большинство схем усилителей содержат в своем составе реактивные элементы (емкости и индуктивности), поэтому в общем случае коэффициент усиления усилителя будет комплексным

где угол определяет величину сдвига фазы сигнала при его прохождении со входа на выход.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя определяет зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. Примерный вид АЧХ усилителя показан на рис.1.2. За коэффициент усиления К₀ принимают максимальное значение коэффициента на так называемой "средней" частоте. Две характерные точки на АЧХ определяют понятие "полоса пропускания" усилителя. Частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается в раз (или на 3дб) называются граничными частотами. На рис. 1.2 f₁ является нижней граничной частотой f_Н, а f₂ – верхней граничной частотой усиления (f_В). Разность:

f = f_В – f_Н

называется полосой пропускания усилителя, которая определяет рабочий частотный диапазон усилителя.

В общем АЧХ показывает, как изменяется амплитуда выходного сигнала при неизменной амплитуде входного сигнала в частотном диапазоне, при этом считается, что форма сигнала не изменяется. Для оценки изменения коэффициента усиления с изменением частоты вводится понятие частотных искажений

М_Н = М_В = . Частотные искажения относятся к разряду линейных, т.е. появление которых не приводит к искажению формы исходного сигнала.

По виду АЧХ усилители можно разделить на несколько классов.
Усилители постоянного тока: f_Н = 0Гц, f_В = (103³ - 108⁸) Гц;
Усилители звуковой частоты: f_Н = 20 Гц, f_В = (15 - 20) · 10Гц;
Усилители высокой частоты: f_Н = 20*103 Гц, f_В = (200 - 300) · 103³ Гц.
Узкополосные (избирательные) усилители. Отличительной особенностью последних является то, что они, практически, усиливают одну гармонику из всего спектра частот сигнала и у них отношение верхней и нижней граничных частот составляет:

Рисунок 1. 2- АЧХ усилителя

Амплитудная характеристика усилителя отражает особенности изменения величины выходного сигнала при изменении входного. Как видно из рис. 1.3 выходное напряжение не равно нулю (UВЫХmin) при отсутствии входного напряжения. Это обусловлено внутренними шумами усилителя, за счет чего ограничивается минимальное значение входного напряжения, которое может быть подано на вход усилителя и определяет его чувствительность:

Значительное увеличение входного напряжения(точка 3) приводит к тому, что амплитудная характеристика становится нелинейной и дальнейшее нарастание выходного напряжения прекращается (точка 5). Это связано с насыщением каскадов усилителя. Допустимым считается такое значение входного напряжения, при котором выходное напряжение не превышает UВЫХmax, которое, как видно из рис.1.3, располагается на границе линейного участка амплитудной характеристики. Амплитудная характеристика определяет динамический диапазон усилителя:

Иногда для удобства динамический диапазон вычисляют в децибеллах, как:

Рисунок 1. 3 - Амплитудная характеристика усилителя

Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник) усилителя определяет степень искажения формы синусоидального сигнала в процессе усиления. Искажения сигнала означают, что в его спектре наряду с основной (первой) гармоникой появляются гармоники более высоких порядков. Исходя из этого, коэффициент нелинейных искажений может быть найден, как:

где U_i – напряжение гармоники с номером i>1. Нетрудно увидеть, что при отсутствии в выходном сигнале высших гармоник, К_Г = 0, т.е. синусоидальный сигнал со входа на выход передается без искажений. Входное и выходное сопротивление оказывают довольно ощутимое влияние на работу усилителя. При усилении изменяющихся или переменных сигналов сопротивления могут быть найдены как:

На постоянном токе эти параметры могут быть определены по упрощенным формулам

При определении входного и выходного сопротивлений необходимо помнить, что в ряде случаев они могут иметь комплексный характер за счет реактивных элементов схемы. В этом случае могут возникнуть значительные частотные искажения сигнала, особенно в диапазоне высоких частот. var begun_auto_colors = new Array(); var begun_auto_fonts_size = new Array(); begun_auto_pad = 34541125; // идентификатор площадки begun_auto_limit = 3; // число объявлений выводимых на площадке begun_auto_width=550; // ширина блока объявлений. begun_auto_colors[0]='#0020C4'; // цвет ссылки объявлений begun_auto_colors[1]='#000000'; // цвет текста объявления begun_auto_colors[2]='#000000'; // цвет домена объявления begun_auto_colors[3]='#ffffff'; // цвет фона блока объявлений begun_auto_fonts_size[0]='10pt'; // р-мер шрифта ссылки объявлений begun_auto_fonts_size[1]='10pt'; // р-мер шрифта текста объявления begun_auto_fonts_size[2]='10pt'; // р-мер шрифта домена объявления begun_auto_fonts_size[3]='10pt'; // р-мер шрифта заглушки