75. Повторители. Назначение и типы повторителей.Дифференциальный усилитель.

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 = ,

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.

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).

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.