23.Схема усилительного каскада на транзисторе. Назначение отдельных элементов усилительного каскада. Многокаскадное усиление.
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 Ер-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 (Еист) 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 Еобщ = Еист + Ер-n зона объемного заряда расширяется, и ток через прибор равен нулю. При прямом включении Еобщ — Еист • Ер-n, и через р-n - переход течет ток.
Многокаскадное усиление
Если транзистор включать по определенной схеме вместе с сопротивлениями и емкостями, то получится усилительный каскад. Существуют три схемы включения: с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК).
Наиболее распространен каскад с ОЭ:
Схема усилителя с большим эмиттером
В этой схеме сопротивления R1 и R2 являются делителем напряжения и за счёт только одного коллекторного источника питания создают необходимое напряжение между базой и эмиттером.
C1 и С2 - разделительные конденсаторы. Они не пропускают постоянную составляющую входного и выходного напряжения, так как данный усилитель служит для усиления только переменных токов. RK - сопротивление коллекторной нагрузки. Для увеличения коэффициента усиления и получения наилучших параметров используется последовательное включение одиночных каскадов. Такие усилители называются многокаскадными. Для многокаскадного усилителя коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления каждого отдельного каскада: Кус = Kyc1 • Кус2 .
24. Согласование входного и выходного сопротивлений усилительных каскадов.
По закону Ома: Iвх = Е / (Rэ-к + Rвх).
Тогда: Uвх = Iвх • Rвх = Е• Rвх/( Rэ-к + Rвх). Из последней формулы видно, что если Rвх → ∞ то Uвх → Е. Для усилителей Rвх 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.