Amplificatori elettronici

Amplificatori elettronici

Gli amplificatori elettronici sono dispositivi per aumentare la potenza delle oscillazioni elettriche senza modificarne la forma mediante tubi elettronici o triodi a semiconduttore (transistor). Gli amplificatori elettronici sono ampiamente utilizzati nella ricerca medica e biologica come parti integranti di molti dispositivi di misurazione e registrazione per aumentarne la sensibilità. Tale necessità sorge, in particolare, quando si misura e si registra l'attività bioelettrica di organi e tessuti su oscillografi. L'oscilloscopio è chiamato qualsiasi dispositivo per la registrazione di processi oscillatori nelle coordinate "deviazione - tempo". I dispositivi industriali per la registrazione di processi elettrici includono oscilloscopi a stub (elettrone-ottici) contenenti, come sistema di deflessione, un galvanometro a stub - un anello di fili sottili paralleli inversi con uno specchio incollato tra i poli di un forte magnete. Con il passaggio del loop di corrente con uno specchio ruota e il raggio riflesso dello specchio cade su un film in movimento. I comuni oscilloscopi H-102 a otto loop hanno galvanometri stub con una resistenza interna di 2-10 Ohm e una sensibilità (senza amplificatori) di circa 20 mm di deviazioni per 1 mA di corrente a frequenze fino a 900 Hz. Oscilloscopi simili H-105 effettuano la registrazione su una carta fotografica ampia (120 mm) ed è possibile utilizzare una speciale carta ultravioletta, che consente la registrazione direttamente visibile alla luce del giorno. Gli oscilloscopi a fascio di elettroni di sistemi diversi hanno come elemento principale un tubo oscillografico - un pallone di vetro con un catodo riscaldato (una fonte di elettroni liberi) su un lato e uno schermo rivestito da un fosforo incandescente nel punto del fascio di elettroni incidente sull'altro. Con l'aiuto di uno "scanner", il raggio esegue movimenti alternati lungo una linea orizzontale, mentre sotto l'influenza delle oscillazioni studiate si deflette verticalmente. Gli oscilloscopi a fascio di elettroni di tipo industriale hanno amplificatori ampiamente usati in medicina come oscilloscopi per l'osservazione visiva di vari processi oscillatori e in presenza di un allegato fotografico per la loro registrazione. Esistono oscilloscopi con registrazione di inchiostri e magnetografi (registratori a nastro speciali) per la ricerca clinica e fisiologica.

Gli oscilloscopi, comunemente usati negli studi clinici e fisiologici, richiedono la deviazione completa di decine e centinaia di volt di voltaggio (oscilloscopi a raggio di elettroni, elettromeccanici o di scrittura di inchiostro) o decine di milliampere di corrente (elettrone-ottico o loop), che è migliaia e centinaia di migliaia di volte maggiore di il valore delle oscillazioni bioelettriche. Questa contraddizione è eliminata dall'uso di amplificatori elettronici.

In concomitanza con la misura di trasduttori di grandezze non elettriche in amplificatori elettronici (vedi Sensori), è possibile registrare varie reazioni e processi biofisici e biochimici molto deboli in un organismo vivente (onde del polso, suoni e toni cardiaci, ossigenazione del sangue, ecc.) E trasmettere migliorate oscillazioni via radio o telefono (vedi Telemetria). Gli amplificatori elettronici sono anche utilizzati in dispositivi per la formazione e l'amplificazione di oscillazioni elettriche di varie forme al fine di influenzare organi e tessuti (stimolatori elettronici), nonché per controllare l'erogazione di stimoli luminosi e sonori (foto stimolanti).

Il principio di funzionamento degli amplificatori elettronici, così come ogni tipo di amplificatore, è che le deboli oscillazioni da amplificare vengono utilizzate per controllare il flusso di energia ricevuta da una speciale fonte di energia (batterie, raddrizzatori, ecc.). Come elemento controllato (resistenza elettrica variabile), vi è un tubo elettronico nel quale si trovano tre elettrodi metallici: il catodo, l'anodo e la griglia di controllo. Per il riscaldamento costante del catodo utilizzare un'ulteriore fonte di energia. Il catodo e l'anodo della lampada sono collegati a un circuito esterno contenente una fonte di alimentazione e un carico. Le fluttuazioni di tensione amplificate vengono applicate ai terminali di ingresso tra la griglia e il catodo. In assenza di un segnale all'ingresso, una corrente continua scorre attraverso la lampada e quando il potenziale di griglia cambia rispetto al catodo, il flusso di elettroni aumenta o diminuisce (questo è equivalente a un cambiamento nella resistenza della lampada).

A seconda del tipo di carico (oscilloscopio) e del valore di uscita, ci sono fasi (stadi) di amplificatori elettronici: tensione, corrente e potenza. Praticamente da una cascata è possibile ottenere un guadagno fino a 100-200. Se necessario, più amplificazione viene utilizzata da amplificatori multistadio in cui i terminali di uscita della cascata precedente sono collegati ai terminali di ingresso della successiva.

Amplificatori elettronici su triodi a semiconduttori (transistor) sono diventati molto diffusi. Nel caso più semplice, il circuito di commutazione del transistor è simile al circuito con un tubo elettronico. Il circuito esterno include elettrodi: un emettitore (analogico del catodo) e un collettore (analogico dell'anodo), l'elettrodo di controllo è la base (analogica della griglia). La tensione di guadagno può raggiungere 100 e la potenza - fino a 1000 per cascata. I vantaggi dei triodi a semiconduttore sono di piccole dimensioni, lunga durata, mancanza di fonti di energia per il calore (e quindi preparazione immediata al lavoro), basso consumo energetico, che consente, ad esempio, di produrre amplificatori e stimolatori elettronici di diversi centimetri cubici per l'impianto nella cavità toracica, trasmettitori subminiatura per endoradiosounding (vedi) e altri scopi.

Le caratteristiche principali degli amplificatori elettronici sono: 1) guadagno, uguale al prodotto dei guadagni dei singoli stadi; 2) caratteristiche di frequenza e di fase - un compito grafico o tabellare della dipendenza dei fattori di guadagno e dello sfasamento delle oscillazioni sulla loro frequenza; 3) risposta transitoria - l'immagine della forma della curva amplificata nel tempo in cui il segnale di ingresso di una forma rettangolare; 4) risposta di ampiezza - la dipendenza dell'ampiezza delle oscillazioni all'uscita sulla grandezza dell'ampiezza all'ingresso; 5) coefficiente di non linearità - deviazione della caratteristica di ampiezza (in percentuale) da una linea retta; 6) livello di rumore - il valore della tensione di autointerferenza effettiva, riferito all'ingresso dell'amplificatore.