Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
на теле пациента.
Но любой, кому довелось когда-либо коснуться пальцем входа аудиоусилителя
или осциллографа, знает, что на теле человека наводятся 50-герц-ный
переменный сигнал от сети, а также разного рода помехи от бытовых
электрических приборов. Вот почему следует ожидать, что совсем маленькие
сигналы, идущие от сердца, величиной всего лишь в несколько милливольт,
утонули бы в этом фоне и наведенных помехах. Дифференциальный усилитель
позволяет решить эту проблему.
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.
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-
Боль
Шум:
ТеЛС UUUribniUf УДГ1 nUhk/D flu
обоих электродах
-------------О
Выход к осциллографу am самописцу
Слабый енгиал э.к.г. появляется в виде разности потенциалов между
электродами
Рис. 8.13. Применение дифференциального усилителя в физиологии.
196 Низкочастотные сигналы, постоянный ток и дифференциальный 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. 8.14 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 10-мегаомным резистором обратной связи; в
результате отрицательная обратная связь становится более глубокой на
высоких частотах.
ю м
Рис. 8.14. Экспериментальный электрокардиограф с дифференциальным входом
на интегральном усилителе типа 741.
Усилители постоянного тока с преобразованием 197
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 0,1 В/см и медленную скорость развертки, около 0,1
с/см, и вы увидите э.к.г. импульсы, идущие от вашего сердца, в виде
"всплесков" 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 дифференциального 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 присущим ему нулевым дрейфом и в последующем
выпрямлении, чтобы вернуться к сигналу по постоянному току. Такая система
показана на рис. 8.15.
Рис. 8.15. Блок-схема усилителя постоянного тока с преобразованием. Ради
наглядности прерыватель изображен как электромеханическое 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
