Что называют полосой пропускания усилителя
Что такое ширина полосы пропускания усилителя?
Из-за того что усилитель не усиливает одинаково сигналы различных частот, возникает необходимость уточнения способности усилителя усиливать определенные полосы частот. Эта способность выражается с помощью ширины полосы, определяемой как разность частот между двумя точками амплитудной характеристики, для которых коэффициент усиления на 3 дБ меньше, чем на средних частотах. Одна из этих точек, расположенная в этой части характеристики отражает в диапазоне более низких частот, соответствует на оси частот нижней граничной частоте fн, тогда как другая точка — соответственно верхней граничной частоте fв.
Разность этих частот и является шириной полосы пропускания, которую обычно обозначают буквой В или Δf:
Δf = В = fв — fн
Амплитудная характеристика низкочастотного усилителя с граничными частотами fн и fв
Точки на амплитудной характеристике, в которых усиление (по напряжению и по току) снижается на 3 дБ, называются точками половинной мощности, поскольку соответствующая им мощность уменьшается в 2 раза.
В зависимости от применения усилители могут иметь различную ширину полосы пропускания. Полоса пропускания усилителей звуковых частот, используемых, например, в радиоприемниках и электроакустических устройствах, лежит в полосе от нескольких десятков герц до 10–20 кГц, тогда как в видеоусилителях, предназначенных для усиления сигналов изображения с широким частотным спектром, — от нескольких герц до нескольких мегагерц (например, 6 МГц).
Оба упомянутых усилителя относятся к усилителям типа фильтров нижних частот, поскольку пропускают сигналы с очень низкими частотами. Именно поэтому в подобных усилителях за ширину полосы пропускания принимают значение верхней граничной частоты fв, поскольку разность верхней и нижней граничных частот fв — fн незначительно меньше частоты fв.
Полоса пропускания
Полоса пропускания (прозрачности) — диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы. Иногда, вместо термина «полоса пропускания», используют термин «эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ)». В ЭППЧ сосредоточена основная энергия сигнала (не менее 90%). Этот диапазон частот устанавливается для каждого сигнала экспериментально в соответствии с требованиями качества.
Содержание
Основные параметры полосы пропускания
Основные параметры, которые характеризуют полосу пропускания частот — это ширина полосы пропускания и неравномерность АЧХ в пределах полосы.
Ширина полосы
Ширина полосы обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ, на котором амплитуда колебаний 
(или 
для мощности) от максимальной. Этот уровень приблизительно соответствует −3 дБ.
Ширина полосы пропускания выражается в единицах частоты (например, в Гц).
Расширение полосы пропускания позволяет передать большее количество информации.
Неравномерность АЧХ
Неравномерность АЧХ характеризует степень её отклонения от прямой, параллельной оси частот.
Неравномерность АЧХ выражается в децибелах.
Ослабление неравномерности АЧХ в полосе улучшает воспроизведение формы передаваемого сигнала.
Конкретные примеры
В теории антенн полоса пропускания — диапазон частот, при которых антенна работает эффективно, обычно окрестность центральной (резонансной) частоты. Зависит от типа антенны, ее геометрии. На практике полоса пропускания обычно определяется по уровню КСВ (коэффициента стоячей волны). КСВ МЕТР
В оптике полоса пропускания — это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. [источник не указан 1309 дней]
Поскольку даже самый лучший монохроматичный лазер всё равно излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке этого пользуются термином полоса пропускания. Измеряется полоса пропускания (в данном случае) в МГц/км. [источник не указан 1309 дней]
Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Полоса пропускания» в других словарях:
полоса пропускания — диапазон частот, в пределах которого зависимость амплитуды колебаний на выходе акустического, радиотехнического или оптического устройства от их частоты достаточно слаба, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения. Ширину… … Энциклопедический словарь
полоса пропускания — 1. Ширина частотного спектра сигнала между верхней и нижней частотами среза 2. Интервал частот, заключенный между двумя частотами среза, в пределах которого модуль коэффициента передачи системы составляет не менее 0,707 от максимального значения… … Справочник технического переводчика
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ — диапазон частот, в пределах которого зависимость амплитуды колебаний на выходе акустического, радиотехнического или оптического устройства от их частоты достаточно слаба, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения. Ширину… … Большой Энциклопедический словарь
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ — область частот, в к рой колебания, проходящие через радиотехн., акустич., оптич. и др. устройства, изменяют свою амплитуду и др. параметры в установленных границах. Для электрич. цепей в пределах П. п. сопротивление цепи (в зависимости от её… … Физическая энциклопедия
полоса пропускания — praleidžiamoji juosta statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pass band; pass range; passband; transmission band vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, m rus. полоса пропускания, f pranc. bande de transmission, f; bande passante, f; passe … Automatikos terminų žodynas
полоса пропускания — praleidžiamoji juosta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. pass band; transmission band vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, n rus. полоса пропускания, f pranc. bande passante, f … Fizikos terminų žodynas
Полоса пропускания — частот, диапазон частот, в пределах которого Амплитудно частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического или оптического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного… … Большая советская энциклопедия
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ — частот (в радиотехнике и электросвязи) интервал частот, в пределах к рого отношение амплитуды колебаний на выходе электрич. цепи (фильтра, усилителя и др.) к амплитуде колебаний на её входе не опускается ниже определённого уровня, обычно 1 3 дБ… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ — диапазон частот, в пределах к рого зависимость амплитуды колебаний на выходе акустич., радиотехн. или оптич. устройства от их частоты достаточно слаба, чтобы обеспечить передачу сигнала без существ, искажения. Ширину П. п. выражают в Гц,… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Что называют полосой пропускания усилителя
4. 1. Схемотехника построения антенных усилителей
Электронное устройство, предназначенное для увеличения параметров (тока, напряжения, мощности) электрического сигнала, называется усилителем.
Рабочий режим выбранного транзистора в конкретной проектируемой схеме отличается от параметров, приведенных в ТУ. Значение большинства параметров зависит от рабочего режима и температуры, причем с увеличением температуры зависимость их от режима сказывается более сильно. В справочной литературе, как правило, приводятся типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, частоты и т. д.
Ухудшение характеристик транзисторов на частотах, близких к frp. обусловлено технологическими возможностями и их электрической прочностью (допустимой толщиной базы, длиной затвора). С увеличением частоты возрастает влияние паразитных параметров транзисторов:
междуэлектродных емкостей, индуктивностей выводов, сопротивления базы и др. Увеличение входной резистивной проводимости транзистора уменьшает усиление антенного усилителя и увеличивает Кш, поэтому необходимо уменьшать индуктивность вывода эмиттера и соединительных проводов. Для этого в СВЧ-транзисторах делают два плоских коротких вывода эмиттера, которые обычно припаивают непосредственно к шине нулевого потенциала («земляной»).
В усилителях изменением режима транзисторов и связи с источником и нагрузкой можно добиться максимального усиления либо минимального коэффициента шума. Уровень шумов транзисторных антенных усилителей зависит от способа их
построения и режима работы, величины сопротивления источника сигналов. Снижение шума биполярных транзисторов достигается уменьшением тока коллектора Iк и тока базы Iб (без существенного снижения коэффициента передачи тока h21, а также применением транзисторов
с высокой предельной частотой fв и малым сопротивлением rб. Транзисторы выбирают так, чтобы выполнялось условие
Использование транзисторов с низким коэффициентом шума, выполнение условия согласования их с источником и нагрузкой и выбор оптимального режима работы являются основными способами повышения чувствительности антенных усилителей.
Наиболее распространены три схемы включения усилительного элемента (транзистора).
В схемах с ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ (ОК) и ОБЩИМ СТОКОМ (ОС) коэффициент передачи напряжения близок к единице, а выходной сигнал по величине и фазе повторяет входной (Uвыx=Uвx). Эти каскады называют «повторителями напряжения» (эмиттерный или стоковый повторитель). Такая схема включения обеспечивает малую входную емкость и наибольшее входное сопротивление, которое сильно возрастает при увеличении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление схемы наименьшее. Используются эти схемы как согласующие и разделительные, обеспечивающие передачу сигнала от высокоомных источников к низкоомным цепям и каскадам.
В схемах с ОБЩЕЙ БАЗОЙ (ОБ) и ОБЩИМ ЗАТВОРОМ (03) выходной ток примерно равен входному, поэтому их называют «повторителями тока». Такая схема обладает большой входной проводимостью (малым входным сопротивлением), самым большим по сравнению с другими схемами выходным сопротивлением и обеспечивает в основном усиление по напряжению. Коэффициент усиления по току мало изменяется при изменениях режима работы, температуры и замене экземпляров транзистора. Малая входная емкость схемы улучшает параметры каскада (ОБ, 03) на высоких частотах, хотя малое входное сопротивление является недостатком данных схем.
Схема с ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ (ОЭ) для биполярных и, ОБЩИМ ИСТОКОМ (ОИ) для полевых транзисторов обеспечивает наибольшее усиление по мощности, но изменяет фазу выходного напряжения на 180° по отношению к входному. При увеличении сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается. Используются эти схемы в тех случаях, когда при минимальном числе транзисторов требуется получить наибольшее усиление. Однако входная емкость транзисторов Сэб влияет на сужение полосы пропускания на высоких частотах.
Одним из эффективных методов увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя является увеличение коэффициента передачи транзистора по току h21э. В схеме «суперальфа» (называемой также схемой Дарлингтона) ток эмиттера первого транзистора управляет базой второго транзистора, в связи с чем результирующий коэффициент передачи тока h21э равен произведению коэффициентов передачи по току отдельных транзисторов. Отсюда
Путем различных сочетаний каскадов возможны построения других усилительных схем:
4. 1. 1. Схемные особенности антенных усилителей
При усилении слабых телевизионных сигналов большое значение имеет уровень собственных шумов входных каскадов усилителей. Поэтому в телевизионных антенных усилителях используют СВЧ-транзисторы с низкими величинами шумовых параметров. На шумовые параметры антенных усилителей также влияют и паразитные параметры применяемых пассивных элементов — сопротивлений и емкостей.
Широкополосные антенные усилители предназначены для усиления сигналов в полосе частот нескольких диапазонов метровых и (или) дециметровых волн. Обычно широкополосный усилитель строится на основе резистивного усилительного каскада, обладающего наиболее равномерной частотной характеристикой в сравнительно широком диапазоне частот. Для расширения полосы пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот в схему вводятся специальные цепи коррекции. Однако характеристики транзисторов ухудшаются на верхних частотах, что приводит к сужению полосы пропускания усилителей на этих частотах. В узкополосных усилителях (в пределах полосы пропускания) изменением характеристик транзисторов можно пренебречь.
Апериодический (резистивный) усилитель с емкостной связью называется также RC-усилителем. Название схемы связано с характером сопротивления нагрузки RH и емкостной связью каскада с источником сигнала, или с предыдущим каскадом (или нагрузкой следующего каскада). Апериодические усилители обеспечивают высокую стабильность коэффициента усиления и высокую чувствительность при усилении слабых сигналов. Коэффициент усиления в диапазоне высоких частот можно рассчитать по формуле:
Коэффициент усиления в диапазоне низких частот можно рассчитать по формуле:
Избирательными (селективными) называют усилители, полоса пропускания (задержания) которых сужена для отделения сигналов в нужной полосе частот от сигналов, помех или шумов других частот. По принципу действия и схемному выполнению избирательные усилители можно разделить на резонансные, полосовые и т. д. Резонансные усилители предназначены для усиления сигналов в заданной узкой полосе частот. Основная их особенность состоит в том, что нагрузка каскада — частотно-зависимая, в качестве которой выступает параллельный LC-контур, настроенный на частоту усиливаемого сигнала. Колебательный контур можно включить в усилитель по трансформаторной, автотрансформаторной, емкостной схеме.
Рис. 4. 7. Способы согласования в селективных усилителях
Чем больше добротность контура, тем уже полоса пропускания усилителя, тем больше усиление. Подключая параллельно резонансному контуру сопротивление, можно уменьшать его добротность и тем самым влиять на коэффициент усиления и ширину полосы пропускания усилителя. Дополнительное преимущество селективных усилителей по сравнению с апериодическими заключается в компенсации настройкой колебательных контуров влияния паразитных емкостей монтажа, снижающих усиление на верхних частотах. Увеличивая полное сопротивление нагрузки, компенсируют паразитное емкостное влияние, тем самым повышая усиление. Последнее выполняют с селекцией, распределенной по каскадам усилителя либо сосредоточенной в одном каскаде — с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС).
4.1.2. Требования к усилительным устройствам
К параметрам, которые характеризуют схемы усилителей, относятся коэффициент усиления, неравномерность коэффициента усиления, полоса усиливаемых частот и др.
КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ (К) усилителя называют отношение выходной величины к входной. В зависимости от рассматриваемой электрической величины, различают коэффициенты усиления по напряжению. току и мощности.
Коэффициент усиления по напряжению в многокаскадных усилителях равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада:
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ(Ki)- это отношение выходного тока к входному:
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ (В) или ДИАПАЗОН УСИЛИВАЕМЫХ ЧАСТОТ- область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не более, чем это допустимо по техническим условиям. Допустимые изменения коэффициента усиления в пределах полосы пропускания зависят от назначения и условий работы усилителя. Обычно считается допустимым ослабление уровня сигнала на 3 дБ (2^0.5 = 0,707 раз) по сравнению с максимальным значением на резонансной частоте (частотах). Ширина полосы пропускания определяется как разность между верхней fв и нижней fн граничными частотами. B=fв-fн. (4.10)
Рис. 4.8. Полоса пропускания усилителя
В зависимости от назначения антенные усилители могут быть относительно узкополосными [полоса пропускания менее октавы, fв/fн
Д= 20lg(Uвх.max/Uвх.min) (дБ). (4.11)
Что такое ширина полосы пропускания усилителя?
Из-за того что усилитель не усиливает одинаково сигналы различных частот, возникает необходимость уточнения способности усилителя усиливать определенные полосы частот. Эта способность выражается с помощью ширины полосы, определяемой как разность частот между двумя точками амплитудной характеристики, для которых коэффициент усиления на 3 дБ меньше, чем на средних частотах. Одна из этих точек, расположенная в этой части характеристики отражает в диапазоне более низких частот, соответствует на оси частот нижней граничной частоте fн (рис. 7.3), тогда как другая точка — соответственно верхней граничной частоте fв. Разность этих частот и является шириной полосы пропускания, которую обычно обозначают буквой В или Δf:
Δf = В = fв — fн
Рис. 7.3. Амплитудная характеристика низкочастотного усилителя с граничными частотами fн и fв
Точки на амплитудной характеристике, в которых усиление (по напряжению и по току) снижается на 3 дБ, называются точками половинной мощности, поскольку соответствующая им мощность уменьшается в 2 раза.
В зависимости от применения усилители могут иметь различную ширину полосы пропускания. Полоса пропускания усилителей звуковых частот, используемых, например, в радиоприемниках и электроакустических устройствах, лежит в полосе от нескольких десятков герц до 10–20 кГц, тогда как в видеоусилителях, предназначенных для усиления сигналов изображения с широким частотным спектром, — от нескольких герц до нескольких мегагерц (например, 6 МГц).
Оба упомянутых усилителя относятся к усилителям типа фильтров нижних частот, поскольку пропускают сигналы с очень низкими частотами. Именно поэтому в подобных усилителях за ширину полосы пропускания принимают значение верхней граничной частоты fв, поскольку разность верхней и нижней граничных частот fв — fн незначительно меньше частоты fв.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Для других приложений есть другие определения. Одним из определений полосы пропускания для системы может быть диапазон частот, в котором система обеспечивает определенный уровень производительности. Менее строгое и более практичное определение будет относиться к частотам, выше которых ухудшаются характеристики. В случае частотной характеристики ухудшение может, например, означать более чем на 3 дБ ниже максимального значения или может означать ниже определенного абсолютного значения. Как и любое определение ширины функции, многие определения подходят для разных целей.
В Рэлеевская полоса пропускания простого радиолокационного импульса определяется как величина, обратная его длительности. Например, импульс длительностью в одну микросекунду имеет рэлеевскую полосу пропускания в один мегагерц.
В Основная полоса пропускания определяется как частьспектра сигналав частотной области, которая содержит большую часть энергии сигнала.
ширина полосы x дБ
В конструкции электронного фильтра спецификация фильтра может требовать, чтобы в пределах полосы пропускания фильтра номинальное усиление составляло 0 дБ с небольшим изменением, например, в пределах интервала ± 1 дБ. В полосе (ах) заграждения требуемое затухание в децибелах превышает определенный уровень, например> 100 дБ. В переходной полосе усиление не указано. В этом случае ширина полосы пропускания фильтра соответствует ширине полосы пропускания, которая в этом примере равна полосе пропускания 1 дБ. Если фильтр показывает колебания амплитуды в полосе пропускания, точка x дБ относится к точке, где усиление на x дБ ниже номинального усиления полосы пропускания, а не на x дБ ниже максимального усиления.
Относительная пропускная способность
Абсолютная пропускная способность не всегда является наиболее подходящим или полезным показателем пропускной способности. Например, в области антенн сложность построения антенны, удовлетворяющей заданной абсолютной ширине полосы пропускания, легче на более высокой частоте, чем на более низкой частоте. По этой причине полоса пропускания часто указывается относительно рабочей частоты, что дает лучшее представление о структуре и сложности, необходимых для рассматриваемой схемы или устройства.
Обычно используются два разных показателя относительной пропускной способности: относительная пропускная способность ( ) и относительная пропускная способность ( ). Далее абсолютная полоса пропускания определяется следующим образом: B F <\ displaystyle B _ <\ mathrm 
B р <\ displaystyle B _ <\ mathrm
Дробная пропускная способность
Дробная полоса пропускания определяется как абсолютная полоса пропускания, деленная на центральную частоту ( ), ж C <\ displaystyle f _ <\ mathrm
Центральная частота обычно определяется как среднее арифметическое верхней и нижней частот, так что,
Однако центральная частота иногда определяется как среднее геометрическое верхней и нижней частот,
В то время как среднее геометрическое используется реже, чем среднее арифметическое (и последнее можно предположить, если не указано явно), первое считается более строгим с математической точки зрения. Он более точно отражает логарифмическую зависимость дробной полосы пропускания от увеличения частоты. Для узкополосных приложений разница между двумя определениями незначительна. Версия для среднего геометрического несущественно больше. Для широкополосных приложений они существенно расходятся: средняя арифметическая версия приближается к 2 в пределе, а средняя геометрическая версия приближается к бесконечности.
Коэффициент пропускной способности
Коэффициент ширины полосы определяется как отношение верхнего и нижнего пределов полосы,
Фотоника
В фотонике термин пропускная способность имеет множество значений:
С этим связано понятие ширины спектральной линии излучения возбужденных атомов.