Амплітудно-частотна характеристика. Коефіцієнти частотних спотворень

Сигнал, проходячи крізь пристрій аналогової обробки, перетво­рюється. Форма складного сигналу на виході лінійного перетворювача може відрізнятися від форми, сигналу на його вході у двох випадках: по-перше, якщо гармонічні складові вхідного сигналу підсилюються з різними коефіцієнтами, та, по-друге, якщо часові зсуви окремих гармо­нічних складових при цьому змінюються непропорційно їх частоті неза­лежно один від другого. Такі спотворення звуться лінійними.

Більш чітке уявлення про характер та значення лінійних спотво­рень дає роздільний аналіз амплітудно-частотної та фазочастотної характеристик (відповідно АЧХ та ФЧХ).

Амплітудно-частотна характеристика – це залежність модуля ко­ефіцієнта підсилення від частоти (рис. 4.1).

Граничними частотами та звуться такі, на яких підсилен­ня зменшується до допустимого (чи заданого) значення величини (на­приклад, у рази). Область частот від до є смугою пропускання. Звичайно, , тому практично смуга пропускан­ня визначається граничною частотою , у межах смуги пропускан­ня підсилення відхиляється від на значення, що не перевищує допуск (наприклад, 3 дБ). Значення у смузі середніх частот визначає номінальний коефіцієнт підсилення.

Рисунок 4.1 – Амплітудно-частотна характеристика підсилювача

Зміна коефіцієнта підсилення в смузі верхніх та нижніх частот спричиняє частотні спотворення сигналу, які визначаються коефіцієн­том частотних спотворень

;	(4.13)
,	(4.14)

або в логарифмічних одиницях

.

(4.15)

Для випадку багатокаскадного пристрою

,	(4.16)
,	(4.17)

де – добуток;

– спотворення в окремому каскаді пристрою.

Смуга пропускання для одного підсилювача буде різною залежно від того, який рівень відліку, тобто частотних спотворень, передба­чається забезпечити в межах цієї смуги. Досить поширений метод визна­чення смуги є вибір однакових спотворень: 3 дБ (або ) на нижній та верхній межах смуги.

Фазочастотна характеристика

Фазочастотна характеристика підсилювача показує залеж­ність від частоти фазового зсуву вихідного гармонічного коливання від­повідно до вхідного. Ця залежність визначається аргументом комплексного коефіцієнта підсилення . Типова фазочастотна характеристика підсилювача зображена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 – Фазочастотна характеристика підсилювача

Фазові спотворення, що вносяться підсилювачем, оцінюються не абсолютним значенням кута зсуву фаз коливань, а різницею ординат фазочастотної характеристики та дотичної до неї.

Якщо вхідний сигнал має вигляд

,

(тут – номер гармоніки), то вихідний сигнал після його проходження через коло з фіксованим та постійним часом затримки для всіх гармонік появ бути подано як

.

У такому разі вихідний сигнал повторює форму вхідного і від­різняється від нього амплітудою та запізнюванням у часі на інтервал .

Форма сигналу зміниться, якщо час запізнювання його окре­мих компонентів буде різним. Їх сума на виході підсилювача дає сигнал , який відрізняється за формою від сигналу , тобто з’являються фазові спотворення, які за своєю природою є лі­нійними.

Мірою фазових спотворень може бути як значення , так і відхилення від постійного значення . Для відліку та використовується ідеальна фазочастотна характеристика, що буду­ється від початку координат як дотична до реальної характеристики. На практиці використанням часу запізнювання звичайно зручніше оці­нювати миттєві запізнення кожної компоненти спектра

.

(4.18)

Фазовий зсув, який здобував сигнал, проходячи крізь кілька каскадів підсилювача, визначається сумою фазових зсувів, спричине­них кожним каскадом

,

(4.19)

де – фазовий зсув у одному каскаді.

У широкому діапазоні інтенсивності звуків вухо людини не реагує на зміну фазових співвідношень між окремими компонентами. Через це у підсилювачах звукових сигналів фазові спотворення не нормуються і вигляд їх фазочастотної характеристики не становить інтересу.