АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

МНОГОКАСКАДНОЕ УСИЛЕНИЕ

Читайте также:
  1. А. Усиление боли (облегчение восприятия).
  2. Второй - середина 40 гг. - конец 60 гг. - значительное усиление теоретико-методологических концепций, что оказалось своеобразной реакцией на доминирование эмпирических традиций.
  3. Параметрическое усиление света
  4. Резкое усиление взаимосвязей и взаимозависимости стран мира
  5. Усиление антропогенных воздействий на окружающую среду и их последствия.
  6. Усиление вибраций по необходимости
  7. Усиление внимания к вопросам воспитания и обучения умственно отсталых детей после второй мировой войны
  8. Усиление геополитических позиций США
  9. Усиление колониальной экспансии
  10. Усиление органов управления государственными служащими в XIX - начале XX в.
  11. Цианоз кожных покровов руки, усиление венозного рисунка, отек верхней конечности

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 p-n перехода. Эта структура образуется на границе раздела полупроводников с различным типом проводимости. К полупроводникам относятся материалы с удель­ным сопротивлением, r = 10-5 - 10-8 Ом . м.

Структура p-n перехода приведена ниже на рисунке:

 

 
 


Р n

- +

- +

- +

 
 


Е р-n

 

При контакте двух полупроводников на границе их раздела образуется зона объемного заряда за счет диффузии основных носителей в зоны с противоположной проводимостью. В области объемного заряда образуется поле напряженностью Еp-n и при этом протекают два тока: ток диффузии (за счет градиента концентраций), ток реком­бинации и ток дрейфа основных носителей заряда. 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 + Еp-n, зона объемного заряда расширяется и ток через прибор равен нулю. При прямом включении Еобщ = Еист - Еp-n, и через p-n переход течет ток.

Структура, состоящая из двух p-n переходов называется тран­зистором. Транзистор бывает p-n-p и n-p-n структуры. Рассмотрим принцип действия транзистора типа p-n-p.

 

 
 


 

- + + -

Iэ - + + - Iк

- + + -

- + + -

 
 


Iб

           
     


+ Еэ - + Ек -

 

P-n переход между эмиттером и базой называется эмиттерным, р-n переход между базой и коллектором - коллекторным. При данном подключении источников тока эмиттерный переход является открытым, т.е. сопротивление транзистора (входное сопротивление) мало; коллекторный переход является закрытым, поэтому выходное сопротивление транзистора велико. Так как эмиттерный переход является открытым, основные носители тока (дырки) под действием приложенного входного напряжения Еэ устремятся в базу, создавая ток эмиттера (Iэ), где часть из них рекомбинирует с электронами (основными носителями тока в n-полупроводнике) и образуют ток базы (Iб). Однако, вследствие малой толщины базы транзистора, величина этого тока мала и большая часть дырок устремится в коллектор, который закрыт для электронов и открыт для дырок. При этом будет создаваться ток коллектора (Iк). По закону сохранения электрического заряда

Iэ = Iб + Iк. Так как Iб мал, Iэ @ Iк.

Напряжение на входе транзистора равно падению напряжения на входном сопротивлении и поэтому может быть вычислено по формуле: Uвх = Iэ . Rвх.

Наряжение на выходе транзистора равно падению напряжения на выходном сопротивлении транзистора:

Uвых=Iк . Rвых.

Коэффициент усиления транзистора по напряжению можно вычислить по формуле: Кус = Uвых/ Uвх =(Iк . Rвых)/(Iэ . Rвх).

Из этой формулы видно, что так как токи эмиттера и коллектора приблизительно равны, а выходное сопротивление гораздо больше входного сопротивления транзистора, о чём говорилось выше, коэффициент усиления транзистора по напряжению гораздо больше единицы, т.е. малые изменения напряжения на входе транзистора приводят к гораздо большим изменениям выходного напряжения, но при этом, так как ток коллектора повторяет ток эмиттера, форма выходного напряжения соответствует форме входного напряжения.

Транзисторы на схемах изображаются следующим образом:

 

 
 

 

 


p-n-p n-p-n

 

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:

 
 


R1 Rк

Uвых
С1 С2

R2

Cхема усилителя переменного тока на транзисторе,включенного по схеме с ОЭ

 

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.

С1 и С2 - разделительные конденсаторы. Они не пропускают постоянную составляющую входного и выходного напряжения, так как данный усилитель служит для усиления только переменных токов. Rк - сопротивлении 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 = Кус1 .. Кус2.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется амплитудной характеристикой УБП? При каких условиях она снимается? Начертите график амплитудной характеристики УБП.

2. Как определяется частотный диапазон УБП для переменного и постоянного токов

3. Многокаскадный усилитель на транзисторах, назначение элементов схемы, основное преимущество.

4. Причины возникновения частотных искажений и методы их устранения. Допустимый уровень частотных искажений при снятии биологических сигналов?

5. Причины необходимости усиления физиологических сигналов. Основные параметры физиологических сигналов, что они характеризуют. (привести примеры сигналов).

6. Что называется частотной характеристикой УБП, при каких условиях она снимается? Начертите график частотной характеристики УБП.

7. Методика создания р-n перехода, процессы на границе раздела полупроводников. Принцип действия полупроводникового диода (привести рисунки, подтверждающие принцип действия).

Основная литература

1. Курс физики: Учебник для вузов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко- 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004.--720 с.: ил.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, испр. М.: Высшая школа, 1987. -- 643 с.

Дополнительная литература

Кириллов С.К., Клементьев В.Н., Адамов П.Г., Козлова Е.К. Медицинская и биологическая физика с основами медицинской электроники (Учебное пособие для студентов первого курса СГМА по подготовке к экзамену по медицинской и биологической физике). Смоленск, 2004.—155с.

 


1 | 2 | 3 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.)