М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

На рис. 8.13 схематически показано, как можно применять дифференциальный усилитель в подобного рода случаях. Разность потенциалов между двумя электродами представляет собой полезный сигнал, а большой по величине фон действует на обоих электродах и потому является синфазным сигналом. Дифференциальный усилитель усиливает полезный сигнал и ослабляет фон, который наводится на теле, а также на соединительных проводах. шр фу Большой снгнал по«ск н шума. прнсутствушшнй на шл и «нснт», овннаков н обо«к элсктровак Счабнй с«гнал э.к.г. полвлвстсв в влас раэностн потснпначов нс«лу элсктршанн Рис, 8.13.

Применение диффереиаийяьиого усилителя в физиологии. Дифференциальные усилители, специально предназначенные для медицинских целей, называют физиологическими усилителями; у них большое входное сопротивление по обоим входам и хорошее ослабление синфазного сигнала. Существует множество других применений дифференциального усилителя, главным образом, в тех случаях, когда нежелательные помехи наводятся на соединительных проводах. Эта проблема часто бывает острой при наличии промышленных помех, когда чувствительные электронные измерительные приборы должны работать по соседству с мощными электрическими механизмами, такими как подъемный кран, от которых могут приходить огромные по величине помехи. У многих осциллографов имеется симметричный вход, который в подобного рода обстоятельствах может оказать- 196 Кижочастотные сигналы, постоянный ток и дигйференииальный усилитель ся исключительно ценным.

Обычно на практике нужный сигнал подают между одним входным гнездом и землей, а ко второму входному гнезду подключают свободный соединительный провод. Этим обеспечивается наличие наведенных помех на обоих входах в качестве синфазного сигнала, который подавляется, тогда как желаемый сигнал усиливается, будучи разностным сигналом на симметричном входе, 8.8 Простой физиологический усилитель На рис. 8.!4 приведен дифференциальный усилитель на микросхеме типа 741, пригодный для наблюдения импульсов э.к.г. на осциллографе. Хотя эта схема и не обладает большим входным сопротивлением, которое, как правило, требуется при таком использовании, она наглядно демонстрирует подавление наведенного фона и помех в дифференциальном усилителе. На практике, в усилителях э.к.г.

частотная характеристика обычно бывает специально сужена до нескольких десятков герц, чтобы минимизировать высокочастотные шумы, которые могут не быть одними и теми же на обоих входах. Такое ограничение частотной характеристики достигается включением конденсатора емкостью 1 нФ параллельно с 1О-мегаомным резистором обратной связи; в результате отрицательная обратная связь становится более глубокой на высоких частотах. им дафеиаааиаланы вхоанаг кмиии а ааа Рис. 8.14. Экспериментальный электрокардиограф с дифференпиальным входом на интегральном усилителе типа 741.

Усиливали посвоянного вака с преобразованием !97 Основные свойства дифференциального усилителя можно наблюдать, касаясь одного из зажимов симметричного входа; вы увидите на осциллографе большой фон с частотой 50 Гц. Теперь коснитесь также другой рукой второго входного зажима и убедитесь, что фон будет подавлен дифференциальным усилителем.

Установите чувствительность усилителя в вертикальном канале осциллографа равной О, ! В/см и медленную скорость развертки, около О,! сгхсм, и вы увидите э.к.г. импульсы, идущие от вашего сердца, в виде «всплесковп на экране. Смочив руки раствором соли и сжав входы руками так, чтобы площадь контакта была возможно большей, вы получите лучшие результаты.

8.9 Усилители постоянного тока с преобразованием С точки зрения применения в особо чувствительных измерительных приборах дрейф даже лифференциального усилителя может оказаться слишком большим. В таких случаях используется принципиально иной подход. Он состоит в преобразовании сигнала постоянного тока в переменный сигнал посредством прерываний (модуляции — Прим. перев.)„в усилении последнего усилителем переменного сигнала с присушим ему нулевым дрейфом и в последующем выпрямлении, чтобы вернуться к сигналу по постоянному току.

Такая система показана на рнс. 8. ! 5. Вход посхоп нпподж Ч*схохд посонпонпп Рис. 8.!5. Блок-схема усилителя постоянного тока с преобразованием. Ради наглядности прерыватель изображен как злектромеханическое устройство. Первоначально прерыватели были электромеханическими, а частота прерываний была ограничена несколькими сотнями герц; но это существенно сказывалось на частотной характеристике в области высоких частот: согласно общему правилу, максимально допустимая частота входного сигнала равна примерно одной четверти от частоты прерываний. Современные электронные ключи могут, конечно, осуществлять прерывания с частотой, равной многим мегагерцам.

Если применять простой диодный выпрямитель, показанный на рис. 8. ! 5, то на выходе будет получаться положительный сигнал как при положительном, так и при отрицательном входном сигнале. В некоторых приложениях 198 Низкочастоотые сигналы, постоянный ток и дифференциальный усилитель это может быть достоинством, когда необходимо воспроизводить модуль входного сигнала, как, например, в усилителе самописца. Однако в большинстве случаев полярность сигнала должна быть сохранена на выходе усилителя.

Для этого применяют синхронные прерывания на входе и на выходе, так чтобы переключения входного и выходного сигналов происходили одновременно и мгновенная полярность входного сигнала переносилась на выход; такое устройство прелставлено на рис. 8.16. (Его называют также усилителем с модуляцией и синхронным детектированием. — Прим. перев.) Всоа п ааааа напр ного пня Часпп прсрыаання Рис. 8.16. Усилитель с синхронными прерываниями на входе и на выходе. Ограничения в отношении высоких частот, характерные для усилителей с преобразованием, можно преодолеть, сохранив в то же время пренебрежимо малый дрейф, если усилитель с преобразованием объединить с обычным усилителем постоянного тока; такая конструкция называется усилителем постоянного тока с коррекцией дрейфа.

Ее называют также усилителем Голдберга по имени ее автора. Сушествует несколько разновидностей таких усилителей с коррекцией дрейфа; одна типичная схема такого усилителя изображена на рис. 8. 17. Срелние и высокие частоты проходят через разделительный конденсатор С и усиливаются напрямую обычным усилителем (2), а сигналы низких частот и постоянного тока не пропускаются конденсатором С и вынуждены проходить через усилитель с преобразованием (1), где они подвергаются дополнительному усилению по напряжению в А, раз перед тем, как вместе со средними и высокими частотами поступают на вход усилителя (2).

г Рис. 8.17. Усилитель с коррекцией дрейфе. Усилители постоянного тока с преобразованием 199 Если теперь принять разумное предположение, что усилитель с преобразованием (1) свободен от дрейфа, то наблюдаемый дрейф выходного сигнала, скажем е,, должен весь возникать в усилителе (2) и выражаться дрейфом величины е,/А, на входе усилителя (2). Он обязан быть малым по сравнению с полезным сигналом постоянного тока в этой точке, поскольку последний уже усилен в А, раз. Другими словами, если рассматривать весь усилитель в целом, то дрейф, отнесенный к входу, — а именно эту величину мы считаем самым естественным выражением дрейфа, — будет равен всего лишь е./А,Ае Если бы усилитель (1) отсутствовал и входной сигнал постоянного тока прямо подавался на усилитель (2), то отнесенный к входу дрейф равнялся бы е,/Аг Таким образом, применение вспомогательного усилителя, свободного от дрейфа, уменьшает отнесенный к входу дрейф в число раз, равное коэффициенту усиления А, этого усилителя.

Ясно, конечно, что коэффициент усиления на средних и высоких частотах у нашей схемы без обратной связи равен только А,, тогда как коэффициент усиления по постоянному току и на низких частотах равен А,А,. Однако в случае, когда усилитель в целом охватывается, как обычно, отрицательной обратной связью, усиление получается равномерным во всем диапазоне частот, так что лействие вспомогательного усилителя не проявляется ни в чем, за исключением очень ценного ослабления дрейфа.

Усилители постоянного тока с коррекцией дрейфа играют важную роль в любой измерительной системе, где требуется очень малый долговременный дрейф, например, при измерениях с использованием тензодатчиков. Иногла такой усилитель объединяют в одной интегральной микросхеме с аналогоцифровым преобразователем. Источники питания и управление мощностью 9.1 Источники питания В качестве источников постоянного напряжения, необходимых лля электронных схем, можно использовать батареи или выпрямители переменного напряжения электрической сети.

Преимушеством батарей является их портативность и полное отсутствие переменных составляюших на их выходе. Однако существует опасность течи, если разряженной батарее случайно позволили слишком долго оставаться в приборе; это может привести к повреждению схем стоимостью многие сотни фунтов в результате коррозии. В течение срока службы батареи ее напряжение обычно не остается постоянным; это относится к дешевым цинковым и шелочным батареям, у которых за время их использования напряжение олного элемента падает от 1,6 В до 1,3 В. Ртутно-цинковые элементы имеют значительно лучшую характеристику, их э.д.с. сохраняет величину 1,3 В практически в течение всего срока службы, а затем быстро падает, так что не возникает сомнений, когда они оказываются полностью разряженными; однако они дороги.

Аналогичной постоянной эд.с., равной 1,55 В, обладают серебряно-цинковые элементы. Перезаряжаемые никель-кадмиевые (МСд) элементы (аккумуляторы— Прим. лерев.) сушествуют самых разных размеров, от крошечных «кнопок» до больших батарей, используемых в электрокарах. Аккумуляторы малых размеров обычно заделываются герметично, так что отсутствует риск утечки и нет необходимости их извлекать. Никель-кадмиевые аккумуляторы и более новые элементы типа никель-металл-гидрид (%МН) представляют собой идеальные источники питания для портативной электроники, поскольку отсутствует необходимость в их замене. Зарядное устройство можно включить в состав прибора, давая возможность работать от сети или от аккумулятора. Э.д.с. никель-кадмиевых аккумуляторов падает от 1,3 В до 1,! В к концу цикла разряда.

Характеристики

Список файлов книги