Частотные характеристики усилителя постоянного (а) и усилителя переменного (б) тока.

Для определения частотного диапазона усилителя определяют уровень за­тухания 3 децибела (0,7 от максимального значения коэффициента усиления) и по точкам пересечения этого уровня с характеристикой определяют граничные частоты: нижнюю - v_н и верхнюю - v_в.

5. Входное и выходное сопротивление усилителя.

Рассмотрим эквивалентную схему входной цепи диагностического прибора:

Эквивалентная схема входной цепи диагностического прибора

Е - ЭДС источника биопотенциалов; R_э-к переходное сопротивление «электрод-кожа»; R_вх - входное сопротивление усилителя биопотенциалов; I_вх - величина входного тока, обусловленного напряжением входного сиг­нала Е; U_вх - величина входного напряжения УБП.

По закону Ома: I_вх = Е / (R_э-к + R_вх).

Тогда: U_вх = I_вх • R_вх = Е• R_вх/( R_э-к + R_вх). Из последней формулы видно, что если R_вх → ∞ то U_вх → Е. Для усилителей R_вх должно быть не менее 100 МОм. Для того чтобы не шунтировать следующие за усилителем блоки диагно­стического прибора, сопротивление выхода усилителя должно быть примерно равным сопротивлению входа следующего блока диагностического прибора.

21. Устройство и принцип действия биполярного транзистора. Обозначение транзисторов на схемах.

Усилители биологических сигналов на транзисторах структурно состоят из соединенных в цепочки элементарных звеньев, которые получили название - усилительные каскады. Основой каждого каскада является усилительный прибор - транзистор.

В основе работы транзистора лежит свойство р-n - перехода. Эта структура образуется на границе раздела полупроводников с различным типом проводимости. К полупроводникам относятся материалы с удельным сопротивлением, р = 10^-5 - 10^-8 Ом • м.

При контакте двух полупроводников на границе их раздела образуется зона объемного заряда за счет диффузии основных носителей в зоны с противоположной проводимостью.

Структура р-n - перехода приведена на рисунке:

Схема полупроводникового диода.

В области объемного заряда образуется поле напряженностью Е_р-n, и при этом протекают три тока: ток диффузии (за счет градиента концентраций), ток рекомбинации и ток дрейфа основных носителей заряда. Основными носителями тока в р-полупроводнике являются дырки, а в n-полупроводнике - электроны. В условиях равновесного состояния перехода суммарная составляющая токов равна нулю.

При приложении внешнего поля (Е_ист) оно либо суммируется с полем объемного заряда, или вычитается из него в зависимости от полярности. Такие включения называются соответственно прямым и обратным.

При обратном включении Е_общ = Е_ист + Е_р-n зона объемного заряда расширяется, и ток через прибор равен нулю. При прямом включении Е_общ — Е_ист • Е_р-n, и через р-n - переход течет ток.

Структура, состоящая из двух р-n - переходов, называется транзистором. Транзистор бывает р-n-р и n-p-n структуры. Рассмотрим принцип действия транзистора типа р-n-р:

Схема транзистора типа р-п-р.

Р-n - переход между эмиттером и базой называется эмиттерным, р-n - переход между базой и коллектором - коллекторным. При данном подключении источников тока эмиттерный переход является открытым, т.е. сопротивление транзистора (входное сопротивление) мало; коллекторный переход является закрытым, поэтому выходное сопротивление транзистора велико. Так как эмиттерный переход является открытым, основные носители тока (дырки) под действием приложенного входного напряжения Е_э устремятся в базу, создавая ток эмиттера (Ц где часть из них рекомбинирует с электронами (основными носителями тока в n-полупроводнике), и образуют ток базы (I_э). Однако, вследствие малой толщины базы транзистора, величина этого тока мала, и большая часть дырок устремится в коллектор, который закрыт для электронов н открыт для дырок. При этом будет создаваться ток коллектора (I_к).

По закону сохранения электрического заряда

I_э= I_б + I_к

Так как I_б мал, I_э = I_к.

Напряжение на входе транзистора равно падению напряжения на входном сопротивлении и поэтому может быть вычислено но формуле: U_вх = I_э • R_вх

Напряжение на выходе транзистора равно падению напряжения на выходном сопротивлении транзистора:

U_вых = I_к • R_вых

Коэффициент усиления транзистора по напряжению можно вычислить по формуле:

К_ус = U_вых / Uвх - (I_K • R_вых) / (I_э • R_вх).

Из этой формулы видно, что, так как токи эмиттера и коллектора приблизительно равны, а выходное сопротивление транзистора гораздо больше входного сопротивления транзистора, о чём говорилось выше, коэффициент усиления транзистора по напряжению гораздо больше единицы. Таким образом, малые изменения напряжения на входе транзистора приводят к большим изменениям выходного напряжения, но при этом, так как ток коллектора повторяет ток эмиттера, форма выходного напряжения соответствует форме входного напряжения.

Транзисторы на схемах изображаются следующим образом: