Входными характеристиками усилителя являются: его входное напряжение, входной ток /, входная мощность, при которой усилитель отдает в нагрузку заданную мощность, а также входное сопротивление Гвх- Входное сопротивление усилителя в общем случае носит комплексный характер, то есть наряду с активной составляющей может иметь и реактивные составляющие (входную емкость С).

Входные параметры чаще всего определяют в условиях, при которых входное сопротивление можно считать активным и равным Гз. В этом случае

Ли, =Л11Гзх; г = -; ДЯ, = АиД1, .

Так как источник сигнала характеризуется источником эдс Е и внутренним сопротивлением Гс, то входное сопротивление может быть определено как

К выходным характеристикам усилителя относятся: расчетная выходная мощность сигнала Р2, выходное напряжение U2 или выходной ток гг, отдаваемые усилителем при работе его на заданное сопротивление нагрузки R„, которое в общем случае носит комплексный характер. Так как выходные характеристики усилителя определяются в условиях, когда сопротивление нагрузки активно и равно R„, то при этом

Аг/2 = А;2/?„, AP2==A;2Au2 = A;2/? =-

Обычно входной сигнал представляет собой сумму различных гармонических составляющих, находящихся между собой в определенных амплитудных и фазовых соотношениях. При несинусоидальном входном сигнале выходной сигнал усилителя может отличаться по форме от выходного из-за наличия в усилителе линейных искажений. К линейным искажениям относятся частотные и фазовые искажения. Частотными искажениями называются искажения формы выходного сигнала из-за неодинакового усиления различных гармонических составляющих входного сигнала.

Оценку вносимых усилителем частотных искажений можно сделать исходя из его частотной характеристики в рабочем диапазоне частот, в пределах которого параметры усилителя не выходят за пределы заданных допусков. Частотная (амплитудно-частотная) характеристика представляет собой график зависимости коэффициента усиления К от частоты f (рис. 5.4), где по вертикальной оси откладывают К в линей-

ном (логарифмическом) масштабе, а по горизонтальной ОСИ - частоту / в герцах (угловую частоту О) = 2nf) в линейном (логарифмическом) масштабе. Логарифмический масштаб на оси частот применяется в случае широкого диапазона

±

характеристика

Рис. 5.4. Частотная усилителя

частот. Частоты f„ и называются соответственно частотами нижнего и верхнего среза; коэффициент усиления на этих частотах при равномерной частотной характеристике равен

К„ = /С„ = 0,707/Сср,

где /Сер - коэффициент усиления усилителя в области средних частот частотного диапазона

Иногда вместо К на вертикальной оси откладывают выходное напряжение «2, соответствующее неизменному входному напряжению Ui. Диапазон рабочих частот определяется назначением усилителя.

Вносимые усилителем частотные искажения определяются неравномерностью его частотной характеристики в диапазоне рабочих частот и характеризуются коэффициентом частотных искажений М, который равен

/С к.

М=- или M = 20\s- К К

, дБ,

где /Сер - коэффициент усиления на средней {М = О дБ) частотные искажения отсутствуют.

частоте. При Л4 = 1

Допустимые частотные искажения зависят от назначения усилителя и могут изменяться в широких пределах. Так, для усилителей звуковыхчастот в аппаратуре среднего качества М = 2...4 дБ, а для измерительной аппаратуры усилители должны обладать частотными искажениями, составляющими десятые и даже сотые доли децибела.

Фазовыми искажениями называются искажения, формы выходного сигнала которых обусловлены изменением взаимного расположения гармонических составляющих из-за фазовых сдвигов самого усилителя (рис. 5.5).

Слух не реагирует на изменение фазовых соотношений между гармоническими составляющими сложного сигнала в широком диапазоне интенсивности звука несмотря на то, что меняется форма сигнала. Поэтому в усилителях звуковых частот фазовые искажения не нормируют. В видеоусилителях электронных осциллографов фазовые искажения отражаются на качестве или форме изображения, поэтому их необходимо нормировать.

Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются

Puc. 5.5. Фазовые искажения сигнала

Рис. 5.6.

Фазовые характеристики

и Оценка фазовых искажений

на нижних (а)

и верхних (б) частотах

ПО его фазовой (фазово-частотной) характеристике, представляющей зависимость угла сдвига фазы г) между выходными и входными напряжениями от частоты (рис. 5.6), построенной в линейном масштабе по вертикальной и горизонтальной осям. Применение линейного масштаба приводит к необходимости строить фазовую характеристику отдельно для низких частот (диапазона от нуля до средних частот) и для высоких (диапазон от средних частот до верхних). Идеальной фазовой характеристикой усилителя, при которой он не вносит фазовых искажений, является прямая, проходящая под углом через начало координат. Поэтому фазовые искажения усилителя оценивают не по значению угла сдвига фазы ф, а по разности ординат АФ в фазовой характеристике и касательной к ней, проведенной через начало координат. Для верхних частот меньше угла фв (рис. 5.6, б), для нижних частот Ф„?5йф„ (рис. 5.6, а).

В настоящее время фазовые характеристики используют в основном для анализа работы усилителей с обратной связью и для усилителей фазометрической аппаратуры.

Наряду с линейными искажениями усилитель может вносить и нелинейные искажения выходного сигнала. Нелинейными искажениями сигнала называют изменения его формы, обусловленные нелинейностью характеристик усилительных элементов (транзисторов, электронных ламп) (рис. 5.7).

В транзисторных усилителях нелинейные искажения возникают вследствие изменения формы входного сигнала из-за нелинейности входной характеристики (рис. 5.7, а), а также