74.Контактная разность потенциалов. Градуировка термопары, термистора и проволочного терморезистора.

Р

Рис. 15.3

ассмотрим контакт двух металлов 1 и 2 с различной концентрацией свободных электронов: n₁ > n₂ (рис. 15.3, а) После создания контакта начнется диффузия электронов из одного металла в другой. Так как концентрации электронов различны, то диффундирующие потоки из разных металлов будут неодинаковыми. Это приведет к заряжению металлов противоположными зарядами и возникновению между ними внутренней контактной разности потенциалов U_i. При этом первый металл имеет больший потенциал относительно второго (рис 15.3, а). Изменение энергии Е_э свободных электронов в приконтактной области при установившемся значении контактной разности потенциалов (рис 15.3, б) соответствует динамическому равновесию.При динамическом равновесии потоки электронов в одном и другом направлениях одинаковы. Так как концентрация свободных электронов в металлах очень большая, то переход электронов из одного металла в другой практически не изменит их концентраций, которые и в условиях динамического равновесия останутся прежними (n₁ и n₂).

Так как контакты металлов имеют разные температуры, то U_iA  U_iB.Вследствие этого в цепи, состоящей из разных металлов, возникает термоэлектродвижущая сила, _т. Это явление, справедливое и для полупроводников, называют термоэлектричеством. Так как э.д.с. равна сумме скачков потенциала цепи, обусловленных сторонними силами, то

Термоэлектричество находит три основных применения:1) для создания генераторов тока с прямым преобразованием молекулярно-тепловой энергии в электрическую. Современные полупроводниковые термогенераторы имеют к.п.д. порядка 10%;2) для определения температур. Зная зависимость _т = f(Т), по измерениям _т можно найти Т, а следовательно, и Т. Удобство этого метода заключается в дистанционности и возможности измерения температуры небольших объектов, поскольку сам контакт металлов или полупроводников может быть сделан достаточно малым. В медицине, в частности, это используется для нахождения температуры отдельных органов и их частей;3) для измерения мощности инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений Возникновение термоэлектродвижущей силы в рассмотренном примере относится к группе термоэлектрических явлений. Так называют явления, в которых отражается специфическая связь между электрической и молекулярно-тепловой формами движения материи в металлах и полупроводниках.Градуировка термоэлемента. Собирают установку по схеме, показанной на рис. 37, а. Сопротивление магазина устанавливают в нулевое положение. Нагреваемый спай термоэлемента погружают в сосуд со льдом и ставят его на плитку. Холодный спай помещают в сосуд Дьюара, заполненный водой со льдом. При этом стрелка гальванометра Г устанавливается в нулевом положении. Нагревая спай, через каждые 5° фиксируют температуры и соответствующие им отклонения стрелки гальванометра.

75.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}.

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_о и близлежащих к ней частотах и резко падает на частотах как ниже, так и выше f_о.

76.Амплитудная характеристика усилителя. Амплитудные искажения. Предупреждение амплитудных искажений. Рассмотрим усиление синусоидального (гармонического) сигнала. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных напряжений в пределах изменения входного сигнала. В этом случае зависимость U_{max вых} = f (U_{max вх}), называемая амплитудной характеристикой усилителя, имеет линейный вид U_{max вых} = RU_{max вх} (рис.1; прямая линия)

Рис.1. Амплитудная характеристика усилителя.

Если входной гармонический сигнал выйдет за пределы линейной части амплитудной характеристики, то выходной сигнал уже не будет гармоническим. Возникнут нелинейные (амплитудные) искажения.Графически усиление гармонического сигнала иллюстрируется на рис.2 без искажения (а) и с искажением (б). Рис.2.Усиление гармонического сигнала. Периодический сигнал может быть представлен суммой гармоник, поэтому нелинейные искажения можно рассматривать как появление новых гармоник в сигнале при его усилении. Чем больше новых гармоник, чем выше их амплитуда, тем сильнее нелинейные искажения, что оценивается коэффициентом нелинейных искажений ,где U_max1 –амплитуда напряжения основной гармоники; U_max2, U_max3, … - амплитуды новых гармоник. Для точного воспроизведения сигнала коэффициент, очевидно, должен быть минимален. 78.Усилительный каскад на транзисторе.Выходное усиленное напряжение. 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) равноU_вх = U_г + U_о.с