Усилительный каскад на транзисторе.

Выходное усиленное напряжение, как это видно из рис.6, равно

U_вых= - I_кR_к, где

- э. д. с. источника питания; I_к – сила тока в цепи коллектора; R_к – сопротивление резистора в цепи коллектора.

Рис.6. Усилительный каскад на транзисторе.

Переменный входной сигнал подключен к эмиттерному переходу и влияет на силу тока коллектора, следовательно, и на падение напряжения на резисторе цепи коллектора (I_кR_к). Таким образом, выходное напряжение изменяется в соответствии с изменением входного напряжения. Разделительный конденсатор С₁ не позволяет постоянной составляющей силы тока базы протекать через источник входного напряжения, конденсатор С₂ отфильтровывает на выход только переменную составляющую.

Не вдаваясь в детали, отметим, что и в этом случае необходимо получить прямо пропорциональную зависимость между выходным и входным напряжениями. Поэтому, так же как и у лампового усилителя, выбирают исходную рабочую точку на характеристиках транзистора.

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) равно

U_вх = U_г + U_о.с.

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 (рис.8а); эмиттерный– на биполярном транзисторе (рис.8б); катодный– на электронной лампе (рис.8в).

Рис.8. Повторители.

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 (рис.9).

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.

Рис.9. Дифференциальные усилители (усилители постоянного тока).

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.

1 2 34