3. Частотная характеристика усилителя, ее вид для идеального и реального усилителя. Полоса пропускания усилителя.

Частотная характеристика усилителя – это зависимость коэффициента его усиления от частоты К(v).

П римерная частотная характеристика усилителя показана на рис. 2.

У идеального усилителя коэффициент усиления не зависит от частоты: К () = const и его частотная характеристика представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. У реального усилителя величина коэффициента усиления лишь примерно не изменяется в некотором диапазоне частот (рис. 2). Это непостоянство коэффициента усиления ведёт к частотным искажениям сигнала, однако экспериментально установлено, что эти искажения малы и ими можно пренебречь, если изменения коэффициента усиления не превышают 30% от его максимального значения.

Область частот от ₁ до ₂, в пределах которой значения коэффициента усиления лежат в интервале от K_max до 0,7 K_max, принято называть полосой пропускания усилителя.

Если частотный спектр усиливаемого сигнала полностью попадает в полосу пропускания, то частотные искажениями сигнала не превосходят допустимых норм и не влияют на диагностические свойства кривых.

Если же спектр усиливаемого сигнала хотя бы частично выходит за пределы полосы пропускания усилителя, то частотные искажения будут велики, и такой усилитель не пригоден для усиления этого сигнала.

4. Амплитудная характеристика и динамический диапазон реального и идеального диапазон усилителя

Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость амплитуды сигнала (напряжения, тока или мощности) на выходе усилителя от амплитуды сигнала на его входе и является второй важнейшей характеристикой реального усилителя.

Для идеального усилителя эта зависимость всегда линейны, так как его коэффициент усиления К постоянен: U_вых= К·U_вх. Поэтому амплитудная характеристика идеального усилителя представляет прямую линию из начала координат (прямая «а» на рис.3), тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен коэффициенту усиления:

Кривая б на рис.3 соответствует типичной амплитудной характеристике реального усилителя. Она линейна лишь в определённом диапазоне входных напряжений, а именно при U_вх1 U_вх U_вх2. Только в пределах этого диапазона коэффициент усиления постоянен, амплитудные искажения сигнала отсутствуют и усилитель подобен идеальному.

Этот диапазон входных напряжений от U_вх1 до U_вх2, в пределах которого отсутствуют нелинейные (амплитудные) искажения, назы­вается динамическим диапазоном усилителя. Его часто выражают в децибелах:

. (5)

В не этого диапазона амплитудная характеристика становится нелинейной, и если амплитуды гармоник входного сигнала выходят за пределы этого диапазона, то будут наблюдаться амплитудные искажения формы усиливаемого сигнала.

5. Условия усиления биосигнала без существенных искажений. Диапазон амплитуд и полоса частот биоэлектрических сигналов, поступающих с поверхности тела человека при регистрации электрокардиограмм (ЭКГ), электромиограмм (ЭМГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ).

Для правильного (без искажений) усиления исследуемого сигнала реальным усилителем, необходимо выполнить два условия:

1) Частотный спектр усиливаемого сигнала должен полностью попадать в полосу пропускания усилителя.

2) Диапазон амплитуд усиливаемого сигнала должен находиться в пределах динамического диапазона усилителя.

Диапазон амплитуд и полоса частот биоэлектрических сигналов, поступающих с поверхности тела человека при регистрации электрокардиограмм (ЭКГ), электромиограмм (ЭМГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ) приведен в таблице 1.

Таблица 1 Амплитудные и частотные параметры электрокардиограммы (ЭКГ), электромиограммы (ЭМГ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ)

Электрограммы	Частотный спектр, Гц	Амплитуды электрограмм, мВ	Необходимый коэффициент усиления
ЭКГ	0,5 – 400	0,1 – 5,0	104
ЭМГ	1,0 – 1000	0,01 – 50	103—105
ЭЭГ	1,0 – 300	0,01 – 0,5	105 – 106

Данные взяты из книги Самойлов В.О. Медицинская биофизика/С-Пб, «СпецЛит», 2004г.