Підсилення і генерація електричних сигналів

Підсилювачами електричних сигналів називають пристрої, які збільшують ці сигнали за рахунок енергії стороннього джерела.

Залежно від призначення розрізняють підсилювачі напруги, сили струму, потужності. Основною характеристикою підсилю­вача є коефіцієнт підсилення, який дорівнює відношенню зміни вихідного сигналу до зміни вхідного, якою вона обумовлена:

При підсиленні синусоїдальних сигналів, як правило, користуються відношенням амплітуд вхідного і вихідного сигналів:

,

де А_м – амплітуда підсилюваної величини (І, U, Р). Суттє­вою вимогою до підсилювачів є повторення вхідного сигналу без спотворення його форми. Для цього необхідно, щоб коефіцієнт підсилення не зале­жав від величини вхідного сигналу, тобто, щоб залежність А_вих = f (А_вх), яку називають амплітудною характеристикою, була ліній­ною.

Варто відзначити, що індуктивні та ємнісні властивості провід­ни­ків, наскільки малими вони б не були, при збіль­шен­ні частоти можуть суттєво впливати на коефіцієнт під­силення, викликаючи так звані частотні спотворення. Необхідною умовою їх відсутності є постійність коефіцієнта підсилення k = f () = соnst. Діапазон частот , для якого це справедливе, називають смугою пропускання підсилювача.

Принцип дії конкретного підсилювача розглядається у лабораторній роботі “Вивчення роботи транзистора”.

Для досягнення необхідних значень досліджуваного сиг­­налу сполучають іноді декілька підсилювачів, які утво­рю­ють каскад підсилення.

Генераторами називають пристрої, які перетворюють енергію джерел постійної ЕРС в енергію електромагнітних хвиль різної частоти та форми. Генератори використовуються в фізіотерапевтичній апаратурі, електричних стимуляторах, в окремих діагностичних приладах.

С

Мал. 4.50.

хему найпростішого автоколивального генератора на транзисторі зображено на мал. 4.50. В схемі генеруються коливання, частота яких дорівнює частоті власних коливань LC контура: . Котушка L₀ здійснює індуктивний зв’язок кола емітер-база з колом емітер-колектор. Джерелом енергії служить батарея . Елементи R_б та С_б необхідні для вибору оптимального режиму роботи (щоб була лінійною амплітудна характеристика і частота генерації ₀ відпові­да­ла смузі пропускання).

Поряд з автоколивальними генераторами, які виробляють сигнали синусоїдальної форми, використовуються генератори із зовнішнім збудженням. За допомогою них можна отримувати періодичні імпульсні послідовності (релаксаційні коливання). Прикладом таких генераторів є генератор пилкоподібної напруги в осцилографі; мультивібратор, який використовують для імітації роботи серця при дослід­же­нні кардіограми.

Електроди та датчики медико-біологічної інформації

Датчиком називають пристрій, який перетворює величину, що вимірюється чи спостерігається, в сигнал, зручний для передачі (як правило, електромагнітний сигнал). Датчики поділяються на генераторні та параметричні.

Генераторні – це датчики, які під дією електровимірю­валь­ної величини безпосередньо генерують сигнал електромагнітної природи. Основними типами цих датчиків є п’єзо­електричні, термоелектричні, індукційні, фотоелектричні.

Параметричні – це датчики, в яких під дією вимірю­ва­ної величини змінюється деякий параметр. Основні їх типи: ємнісні, індуктивні, омічні.

Датчик характеризується функцією перетворення, тобто функ­ціо­­наль­­ною залежністю вихідної величини Y від вхідної X, яка задається або аналітично Y = f (X), або гра­фіч­но.

Чутливість датчика показує, в якій мірі вихідна величина реагує на зміни вхідної:

Z = Y/X.

Суттєву роль відіграє інерційність датчика, яка обумовлена тривалістю фізичного процесу, що відбувається в дат­чику й призводить до запізнення змін вихідної величини відносно змін вхідної.

Електроди – це провідники, що з’єднують біологічну систему з вимірювальним колом або колом, за допомогою якого подається електромагнітний сигнал на біооб’єкт.

Електроди мають задовольняти цілому ряду вимог. Вони повинні легко зніматись і закріплюватись, мати стабільні електричні параметри, не створювати шумів, не подразнювати біологічну тканину.