Основные метрологические характеристики усилителя

К основным метрологическим характеристикам усилителя относятся: динамический диапазон, коэффициент усиления, рабочий диапазон воспроизводимых частот, входное и выходное сопротивление.

Большинство эти характеристик усилителя определяется по его амплитудной характеристике - графику зависимости напряжения на выходе усилителя от напряжения на входе при постоянной частоте усиливаемого сигнала.

1. Динамический диапазон усилителя - диапазон изменения сигнала на входе усилителя в котором он усиливается без амплитудных (нелинейных искажений). Под искажениями понимается несоответствие формы входного сигнала форме выходного (усиленного) сигнала.

m = U_{вх max} / U_{вх min}.

Когда амплитуда напряжения на входе усилителя выходит за пределы линейного участка амплитудной характеристики возникают так называемые амплитудные (нелинейные) искажения.

2. Коэффициент усиления усилителя:

K _ус = DU_вых/DU_вх.

Коэффициент усиления усилителя, как его параметр, определяется на середине линейного участка амплитудной характеристики.

Для каждого вида физиологического сигнала коэффициент усиления должен иметь номинальную величину, которая рассчитывается исходя из того, что минимальная величина данного сигнала должна быть усилена до 6 Вольт. Такое напряжение необходимо для работы регистрирующих устройств. Учитывая этот факт, можно вычислить номинальный коэффициент усиления усилителя для данного сигнала: К_ном = 6 В/U_{сигн. min}. Например, для ЭКГ номинальный коэффициент усиления будет равен: К_ном = 6 В/0,3 мВ = 20 000.

Для борьбы с амплитудными искажениями в усилителях предусмотрен методический приём «Калибровка». При этом, на вход усилителя медицинского прибора подаётся напряжение 1 мВ и регулировкой коэффициента усиления в небольших пределах добиваются определённой амплитуды записи. В случае ЭЭГ на вход усилителя подаётся напряжение 1 мкВ. При уменьшении коэффициента усиления усилителя происходит расширение динамического диапазона усилителя, при увеличении коэффициента усиления - сужение динамического диапазона. Это и позволяет приспособить усиливаемый сигнал под линейный участок амплитудной характеристики усилителя.

3. Коэффициент нелинейных искажений:

При выходе усиливаемого сигнала за пределы линейного участка характеристики (за пределы динамического диапазона) возникают нелинейные (амплитудные) искажения. Для характеристики этих искажений вводится понятие коэффициента нелинейных искажений, который вычисляется по формуле:

К_н.и. = (U_ном - U_вых)/U_ном, где

U_ном - то значение выходного напряжения, которое давал бы усилитель, при данном напряжении на входе усилителя, если бы амплитудная характеристика усилителя была бы полностью линейной.

4. Рабочий диапазон воспроизводимых частот усилителя - диапазон частот, в котором допустимы 30% частотные искажения.

Оказывается, что коэффициент усиления усилителя зависит не только от амплитуды входного напряжения, но и от частоты усиливаемого сигнала. Эта зависимость выражается частотной характеристикой усилителя - графиком зависимости коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала при постоянном напряжении на входе усилителя: К_ус = f(n) при U_вх = const.

Для определения частотного диапазона усилителя определяют уровень затухания 3 децибела (0,7 от максимального значения коэффициента усиления) и по точкам пересечения этого уровня с характеристикой определяют граничные частоты: нижнюю - n_н и верхнюю - n_в.

5. Входное и выходное сопротивление усилителя

Рассмотрим эквивалентную схему входной цепи диагностического прибора:

R _э-к

U_{вх убп}

Е I_вх R_вх

I_вх

Е - ЭДС источника биопотенциалов;

R_э-к - переходное сопротивление электрод-кожа;

R_вх - входное сопротивление усилителя биопотенциалов;

I_вх - величина входного тока, обусловленного напряжением входного сигнала Е;

U_вх - величина входного напряжения УБП.

По закону Ома: I_вх = Е/(R_э-к + R_вх).

Тогда: U_вх = I_вх ^. R_вх = Е ^. R_вх/(R_э-к + R_вх).

Из последней формулы видно, что если R_вх ® ¥, то U_вх ® Е.

Для усилителей R_вх должно быть не менее 100 Мом.

Для того, чтобы не шунтировать следующие за усилителем блоки диагностического прибора, сопротивление выхода усилителя должно быть примерно равным сопротивлению входа следующего блока диагностического прибора.

Поиск по сайту: