76.Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные искажения. Предупреждение амплитудных искажений. Рассмотрим усиление синусоидального (гармонического) сигнала. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных напряжений в пределах изменения входного сигнала. В этом случае зависимость U_{max вых} = f (U_{max вх}), называемая амплитудной характеристикой усилителя, имеет линейный вид U_{max вых} = RU_{max вх} (рис.1; прямая линия)

Рис.1. Амплитудная характеристика усилителя.

Если входной гармонический сигнал выйдет за пределы линейной части амплитудной характеристики, то выходной сигнал уже не будет гармоническим. Возникнут нелинейные (амплитудные) искажения.Графически усиление гармонического сигнала иллюстрируется на рис.2 без искажения (а) и с искажением (б). Рис.2.Усиление гармонического сигнала. Периодический сигнал может быть представлен суммой гармоник, поэтому нелинейные искажения можно рассматривать как появление новых гармоник в сигнале при его усилении. Чем больше новых гармоник, чем выше их амплитуда, тем сильнее нелинейные искажения, что оценивается коэффициентом нелинейных искажений ,где U_max1 –амплитуда напряжения основной гармоники; U_max2, U_max3, … - амплитуды новых гармоник. Для точного воспроизведения сигнала коэффициент, очевидно, должен быть минимален. 78.Усилительный каскад на транзисторе.Выходное усиленное напряжение. Обратная связь в усилителях. Виды обратной связи.Для медико-биологических целей применяют усилители с глубокой отрицательной обратной связью. В кибернетике это понятие является одним из главных. Обратная связь – это обратное воздействие результатов процесса на его протекание или, по терминологии кибернетики, обратное воздействие управляемого процесса на управляющий орган.В случае положительной обратной связи результаты процесса стремятся усилить его. Отрицательная обратная связь препятствует развитию, изменению процесса и стабилизирует его. Это важно и для электронных устройств.

Применительно к усилителю обратная связь означает воздействие сигнала с его выхода на вход. Возможная структурная схема усилителя с обратной связью изображена на рис.7. Здесь цепь обратной связи подключена к выходу усилителя параллельно его нагрузке, следовательно, напряжение U_о.с обратной связи прямо пропорционально напряжению U_вых на выходе. Напряжение обратной связи во входной цепи включено последовательно с напряжением U_г источника сигнала (генератора).

Рис.7. Обратная связь в электронных усилителях.

Рассчитаем коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью.Назовем отношение = U_о.с/U_вых коэффициентом передачи цепи обратной связи, или U_о.с = U_вых.

Коэффициент усиления схемы с обратной связью k_св равен отношению выходного напряжения U_вых к напряжению U_г источника сигнала: k_св = U_вых/U_г.Напряжение на выходе усилителя (рис.7) равноU_вх = U_г + U_о.с

77.Частотная характеристика усилителя. Частотные искажения. Полоса пропускания усилителя. Предупреждение частотных искажений.

Использование линейного участка характеристики еще не является гарантией неискаженного усиления электрического сигнала.

Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, то он может быть разложен на отдельные гармонические составляющие, каждой из которых соответствует своя частота. Так как в усилителях используются конденсаторы и катушки индуктивности, а их сопротивление зависит от частоты, то коэффициент усиления для разных гармонических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства проводников, сколь бы малы они не были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления.Таким образом, существенна зависимость k = f( ) или k = f(v), которая получила название частотной характеристики усилителя. Для того чтобы ангармонический сигнал был усилен без искажения (даже при использовании линейной части амплитудной характеристики), необходима независимость коэффициента усиления от частоты. Частотная характеристика должна иметь вид k = const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных.

Рис.3. Линейные искажения.

Частотную характеристику усилителя обычно изображают графически (рис.4). Из рисунка видно, что в пределах коэффициент усиления примерно постоянен. В радиотехнике принято считать, что уменьшение его до 0,7 k_max (или k_max / ) практически не искажает сигнала. Диапазон частот называют полосой пропускания усилителя.Частотная характеристика имеет большое значение при выборе усилителя для записи биопотенциалов, имеющих характер сложного колебания с различными пределами частот в их гармоническом спектре. Поэтому не всегда усилитель, предназначенный для записи одних биопотенциалов, может быть использован для записи других.

79. Повторители. Назначение и типы повторителей.

Усилители со стопроцентной отрицательной обратной связью получили название повторителей. Их используют как промежуточные усилители (предусилители) и располагают между биологической системой и основным усилителем для согласования сопротивлений. Большое входное сопротивление повторителей согласуется с большим сопротивлением измеряемого объекта. Малое выходное сопротивление повторителя согласуется с малым входным сопротивлением последующего основного усилителя.Существует три типа повторителей: истоковый – на полевом транзисторе; эмиттерный – на биполярном транзисторе; катодный – на электронной лампе.Дифференциальный усилитель.

Для усиления биопотенциалов нужны усилители, полоса пропускания которых имеет нижнюю границу = 0. Усилители такого вида получили название усилителей постоянного тока независимо от того, усиливают они силу тока или напряжение Анализируя возможности использования транзисторов в усилительных схемах, можно думать, что усиление медленно изменяющихся сигналов и сигналов постоянного тока не отличается от усиления переменного сигнала. В самом деле, объяснение физических основ работы транзисторов как усилителей возможно было дать и для постоянного тока. Однако при наличии отрицательной обратной связи такие схемы, как изображенная на рис.6, имели бы невысокий коэффициент усиления, и использовать один каскад было бы затруднительно. Приходится использовать ряд каскадов, а это вносит особые сложности при усилении медленно изменяющихся сигналов. Причина в том, что в усилителе постоянного тока каскады должны быть соединены без использования реактивных элементов (конденсаторы, трансформаторы), которые не выполняют своих функций на постоянном токе. Соединение должно быть осуществлено проводниками – гальваническая связь. Однако при такой связи медленные, случайные изменения напряжения или силы тока на выходе каскада (дрейф) будут усиливаться последующими каскадами, что приведет к искажению информации.Причиной дрейфа может быть старение элементов усилителя, влияние температуры, нестабильность напряжения источников питания и др. Таким образом, при прямом усилении необходимо стремиться уменьшить дрейф в каждом каскаде и прежде всего во входном.