Снятие амплитудной и частотной характеристик, определение полосы пропускания, динамического диапазона усилителя электрокардиографа.

1. Вопросы теории.

1. Усилители. Коэффициент усиления усилителя. Требования к усилителям. Многокаскадное усиление. Классификация усилителей.

2. Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные искажения. Предупреждение амплитудных искажений.

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

4. Ламповый усилитель.

5. Усилительный каскад на транзисторе.

6. Обратная связь в усилителях. Виды обратной связи.

7. Повторители. Назначение и типы повторителей.

8. Дифференциальный усилитель.

9. Контрольные вопросы.

1.1. Усилители. Коэффициент усиления усилителя. Требования к усилителям. Классификация усилителей.

Усилителями электрических сигналов или электронными усилителями называют устройства, увеличивающие эти сигналы за счет энергии внешнего источника.

Усилители могут создаваться на основе различных элементов (транзисторы), однако в общих вопросах все усилители могут быть представлены достаточно едино. Они имеют вход, на который подается усиливаемый электрический сигнал, и выход, с которого снимается усиленный сигнал. Непременной частью всей системы является источник электрической энергии.

Наиболее распространенным принципом усиления сигнала является воздействие входной цепи на электрическое сопротивление выходной цепи. Это воздействие соответствует форме усиливаемого сигнала, и поэтому форма сигнала воспроизводится в выходной цепи.

Существенным требованием к усилителям является воспроизведение усиливаемого сигнала (усиление) без искажения его формы. На практике это требование выглядит как стремление усилить электрический сигнал с наименьшими искажениями.

Возможность усилителя увеличить поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления. Он равен отношению приращения напряжения (силы тока, мощности) на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения (силы тока, мощности) на входе:

k_U=,k_I = ,.

В зависимости от целей усилители различают по напряжению, силе тока или мощности. В дальнейшем, ради определенности, все иллюстрации и выводы будут относиться к коэффициенту усиления по напряжению, который будет обозначаться без индекса:k.

При усилении сигнала синусоидальной формы в выражениях обычно используют амплитуды входного и выходного сигналов:

k=U_{max вых} / U_{max вх}.

Если k имеет значения, не достаточные для получения на выходе сигнала нужного напряжения, то соединяют несколько усилителей. Каждый отдельный усилитель при этом называютусилительным каскадом. Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов равен произведению коэффициентов усиления всех используемых каскадов:

k_общ=k₁k₂k₃…

Классификация усилителей электрических сигналов.

Усилители, используемые для усиления бионапряжений, разделяются на:

а) усилители прямого усиления, в которых электрический сигнал усиливается без преобразования частоты его колебаний;

б) усилители с преобразованием частоты сигнала, в которых весь спектр усиливаемых колебаний претерпевает преобразование.

Усилители, применяемые в электрокардиографии, по ширине полосы усиливаемых частот делятся на следующие типы:

а) усилители постоянного тока, предназначенные для усиления электрических сигналов в пределах от низшей рабочей частоты f_н= 0 (постоянные напряжения) до высшей частоты f_в, которая может быть равна сотням или тысячам Герц. Такие усилители усиливают как постоянную составляющую сигнала, так и его переменную составляющие;

б) усилители переменного тока, предназначенные для усиления электрических сигналов с частотами от f_н > 0 и до f_в(например, усилитель электрокардиограммы имеет диапазон усиливаемых частот от f_н= 0,1 Гц до f_в= 100 Гц). Этот усилитель не усиливает постоянную составляющую сигнала;

в) усилители высокой частоты, применяемые в качестве блоков усилителей с преобразованием частот;

г) избирательные усилители, усиливающие сигналы в узкой полосе частот.

Усиление таких усилителей максимально на частоте f_ои близлежащих к ней частотах и резко падает на частотах как ниже, так и выше f_о.