Амплитудно-частотная характеристика

К.У. аналогового тракта обычно зависит от частоты f. Эта зависимость K(f) называется амплитудно-ча­стотной характеристикой (АЧХ). Вследствие указанной зависи­мости амплитудный спектр выходного сигнала становится отлич­ным от амплитудного спектра входного. Эти отличия рассматри­вают в режиме малого сигнала, т.е. в условиях, когда нелинейные свойства аналоговых электронных трактов не проявляются. Звенья аналоговых трактов в зависимости от вида АЧХ и на­значения можно подразделить на две группы: широкополосные и фильтрующего типа.

Широкополосные тракты. Эти тракты должны обеспечивать рав­номерный ход АЧХ (постоянство К.У.) во всей рабочей частотной области.

Амплитудно-частотные характеристики широкополосных трак­тов обычно представляют в виде графика функции K(f) с ис­пользованием двойного логарифмического масштаба. При таком масштабе равноотстоящим точкам координатных осей соответству­ют одинаковые относительные изме­нения рассматриваемых значений К и f/Пример таким образом представленного описания АЧХ приведен на рис. 1.2. Характеристи­ка соответствует случаю, когда коэффициент усиления K(f) = 100 для основной частотной области (К(f)_дБ = 40дБ). Этот К.У., отвечающий основной среднечастотной (СЧ) об­ласти, называется номинальным и обозначается K₀.

Амплитудно-частотная характеристика, представленная в ло­гарифмическом масштабе, называется логарифмиче­ской амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ).

Влияние аналогового тракта на искажение амплитудных соот­ношений в спектрах сигналов удобно характеризовать с помощью его нормированной амплитудно-частотной характеристики (НАЧХ).Эта характеристика определяет частотную зависимость относительных отличий на различных частотах коэффициента уси­ления K(f) от его номинального значения К_{), т.е. Параметр M(f) называется относительным усилением.

Часто в качестве параметра,характеризующего неравномер­ность хода АЧХ, используют значения ε, определяющие на раз­личных частотах отличия НАЧХ от единицы, если НАЧХ представлена в относительных единицах M(f), или от нуля, если НАЧХ представлена в децибелах. При этом рассматривают функции

Для области СЧ, где M(f) ~ 1, значения M(f)_дБ ≈ 0 дБ. В об­ласти частот, где M(f) < 1 (т.е. когда M_дБ(f) < 0), значения ε(f) и ε(f)_дб называют спадами НАЧХ, а где М(f)> 1 (т.е. когда M_дБ(f)> 0) — подъемами. Тракты с характеристиками, показаннымина рис. обладают снижением (спадом) усилительных свойств как в обла­сти нижних, так и в области верхних частот. Поэтому условно ЛЧХ широкополосных устройств такого вида рассматривают в трех Частотных областях: в области средних частот, области нижних частот и области верхних частот. С точки зрения типов АЧХ осо­бую разновидность составляют так называемые усилители постоннного тока (УПТ), в которых искажения в области нижних ча­стот отсутствуют.

Область средний частот является основной рабочей областью. В ней К.У. практически не зависит от частоты И его значение совпадает с номинальным значением К₀. Протяжен­ность и положение области средних частот характеризуется с по­мощью граничных частот f_H и fв — частот, на которых коэффици­ент усиления снижается до определенного уровня, например уменьшается на 1 дБ. В этом слу­чае частоты f_H и f_в называются граничными частотами полосы про­пускания тракта, определенными по уровню -1 дБ. Грани­чные частоты f_н0,7 иf_в0,7, соответствующие уровню отсчета -3 дБ, часто называют частотой среза f_cp. К широкополосным трактам относятся такие тракты, в отно­шении которых выполняется условие

спектре аудиосигнала. В них специально создается неравномер­ный ход АЧХ, с подчеркиванием (подъемом) или ослаблением (режекцией) в спектре аналогового сигнала тех или иных спект­ральных областей. В аудиотехнике к устройствам и цепям этой груп­пы относятся различного рода регуляторы тембра, аппаратные средства типа эквалайзер и кроссовер.

Условно типовые фильтрующие цепи подразделяются на фильтр нижних частот (ФНЧ), фильтр верхних частот (ФВЧ), полосно-пропускающий фильтр (ППФ) и режекторный

фильтр (РФ).

В таких идеаль­ных фильтрах граница между полосой пропускания (полосой про­зрачности) и полосой ослабления (полосой задержания) имеет четко выраженный характер. Реализовать фильтры с идеальными АЧХ на практике невозможно.

Степень приближения реальных фильтрующих свойств фильтра к идеальным определяется так называемым порядком фильтра n. Чем выше этот порядок, тем ближе фильтр по своим фильтрующим свойствам к идеальному, но тем сложнее и дороже его ре­ализация.

На рис. приведены графики АЧХ реальных ФНЧ различного порядка n. Значение верхней граничной частоты, определенной по уровню ε_дБ = -3 дБ, во всех фильтрах равно 10 кГц. Номиналь­ные К.У. фильтров к₀ = 100(_К0дБ = 40 дБ).

Измерения АЧХ осуществляют с помощью синусоидального электрического сигнала, при этом определяют на различных час­тотах относительные изменения K(f) = U_mвых/U_mвх амплитуды этого сигнала, возникающие при его прохождении через рассмат­риваемый тракт. В ФНЧ для области частотf » f_в происходит снижение коэф­фициента усиления K{f) по мере роста частоты, при этом изме­нение частоты

от значения f₁ доf₂ вызывает относительное изме­нение коэффициента усиления в (f1/f₂)^N раз, т.е

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: