Модернізація апарату для ультразвукової терапії шляхом удосконалення блоку живлення (стр. 3 из 10)
Вихідний пристрій служить для передачі підсиленого сигналу з вихідного ланцюга останнього підсилюючого елемента в навантаження і використовується тоді, коли безпосереднє підключення навантаження до вихідного ланцюга неможливе або недоцільне. Вихідний пристрій у вигляді симетруючого трансформатора використовують при роботі несиметричного вихідного каскаду на симетричне навантаження, наприклад симетричну лінію зв’язку.
Вихідний пристрій у вигляді вихідного трансформатора дуже часто використовують для створення підсилюючому елементу вихідного каскаду найвигіднішого опору навантаження, при якому цей каскад віддасть необхідну потужність при високому коефіцієнті корисної дії і малих нелінійних спотвореннях, а іноді і при необхідності узгодження вихідного опору з опором навантаження.
Для розділення постійних складових струму і напруги вихідного ланцюга і навантаження використовують вихідний пристрій у вигляді роздільного конденсатора; при можливості безпосереднього включення навантаження у вихідний ланцюг кінцевого каскаду вихідний пристрій не використовують.
Основні технічні показники підсилювачів. Вхідні і вихідні дані.
При посиленні сигналів підсилювач трохи змінює їхню форму; відхилення форми вихідного сигналу від форми вхідного називають викривленнями. Дані, що характеризують властивості підсилювача і внесені їм викривлення, називають показниками. Основними показниками підсилювача є: вхідні і вихідні дані, коефіцієнти підсилення і корисної дії, частотна, фазова і перехідна характеристики, рівень внутрішніх перешкод, нелінійність, стабільність, надійність.
Вхідними даними підсилювача є: його вхідна напруга Uвх, вхідний струм Iвх і вхідна потужність сигналу Рвх, при яких підсилювач віддає в навантаження задану потужність, струм або напругу, а також вхідний опір підсилювача Zвх. Вхідний опір підсилювача в загальному випадку комплексно, але вхідну потужність, струм і напругу звичайно визначають в умовах, при яких вхідний опір можна вважати активному і рівним Rвх; у цьому випадку
Uвх=IвхRвх; Rвх=Uвх/Iвх; Рвх=UвхIвх.
Джерело сигналу, що підключається до входу підсилювача, характеризується електрорушійною силою Едж і внутрішнім опором Zдж.
До вихідних даних відносяться: розрахункова, тобто задана технічними вимогами, потужність сигналу Pнагр віддається підсилювачем у навантаження і називана вихідною потужністю підсилювача; вихідна напруга сигналу Uвих або вихідний струм сигналу Iвих, що віддаються підсилювачем при роботі його на розрахунковий опір навантаження Zнагр, а також вихідний опір підсилювача Zвих.
Опір навантаження підсилювача в загальному випадку комплексно, але вихідну потужність, струм і напругу також звичайно визначають в умовах, при яких навантаження можна вважати активної і рівної Rнагр; при цьому
Uвих=IвихRнагр; Рнагр=IвихUвих=I2вихRнагр=U2вих/Rнагр.
Вихідний опір підсилювача в загальному випадку також комплексно, однак воно рідко є істотним показником, а тому звичайно не вказується.
Коефіцієнти підсилення і коефіцієнти корисної дії.
Коефіцієнт підсилення напруги К, називаний звичайно просто коефіцієнтом підсилення підсилювача, являє собою відношення сталого значення напруги сигналу на виході до напруги сигналу на вході пристрою:
К=Uвих/Uвх (1)
Наскрізний коефіцієнт підсилення напруги К* являє собою відношення вихідної напруги до ЕРС джерела сигналу Едж:
К*=Uвих/Едж (2)
Відношення сталого значення струму сигналу на виході до струму сигналу на вході являє собою коефіцієнт підсилення струму Kт а відношення потужності сигналу в навантаженні підсилювача до потужності сигналу на вході - коефіцієнт підсилення потужності Км:
Кт=Iвих/Iвх; Км=Рнагр/Рвх
Коефіцієнти підсилення напруги і токи є комплексними величинами, тому що вихідна напруга і струм через наявність у навантаженні і ланцюгах підсилювача реактивних складові опори зрушені по фазі щодо вхідних значень.
У зв'язку з тим, що сприйняття органів почуттів людини підкоряється логарифмічному законові, абсолютну величину (модуль) коефіцієнтів підсилення нерідко виражають у логарифмічних одиницях - децибелах або неперах, для чого користуються співвідношеннями:
К [дб] =20lg; Кт [дб] =20lgKт; Км [дб] =20lgKм;
К [неп] =ln; Кт [неп] =lnKт; Км [неп] =lnKм; (3)
де е - основа натуральних логарифмів. З (3) випливає, що
(ДО; Кт; Км) [неп] =1,115 (ДО; Кт; Км) [дб] (4)
Коефіцієнт корисної дії вихідного ланцюга підсилювального каскаду η являє собою відношення потужності сигналу Р~, що віддається витівкою ланцюгом, до споживаній нею потужності Ро від джерела живлення вихідного ланцюга:
η=P~/P0 (5)
ККД вихідного ланцюга є важливим показником економічності роботи каскаду і використовується для оцінки властивостей різних режимів роботи підсилювальних елементів. Для оцінки економічності роботи могутніх підсилювачів використовують поняття коефіцієнта корисної дії підсилювача ηпідс, рівного відношенню віддається підсилювачем у навантаження потужності сигналу Рнагр до сумарної потужності ΣР, споживаної їм від усіх джерел харчування:
Ηпідс= Рнагр/ ΣР (6)
Частотна і фазова характеристики.
Форма складного гармонійного сигналу на виході лінійного чотириполюсника відрізняється від форми сигналу на його вході, якщо
1) гармонійні складового вхідного сигналу змінюються (підсилюються або послабляються) чотириполюсником неоднаково. Зміни форми сигналу, викликані цією причиною, називають частотними перекручуваннями;
2) внесені чотириполюсником фазові зрушення змінюють взаємне розташування гармонійних складових у вихідному сигналі. Викликувані цим зміни форми вихідного сигналу називають фазовими перекручуваннями.
Тому що частотні і фазові перекручування можуть виникати в лінійному електричному ланцюзі, що не містить нелінійних елементів, них називають лінійними перекручуваннями.
Представивши вихідну напругу підсилювача на частоті ω як вектор, зрушений на кут φω стосовно вектора вхідної напруги Uвх, на підставі (1) одержимо
К= 
(7)
відкіля видно, що коефіцієнт підсилення на будь-якій частоті також є вектором, який характеризується модулем Кω=Uвих. ω/Uвх і фазовим кутом φω, який являє собою кут зрушення фази між вихідною і вхідною напругами підсилювача
Якщо відкласти вектор коефіцієнта підсилення підсилювача Кω у площині комплексних чисел або полярній системі координат, то при зміні частоти сигналу ω від 0 до ∞ кінець вектора опише криву, називану частно-фазовой характеристикою підсилювача або його годографом коефіцієнта підсилення (рис 1.2). Частотнофазова характеристика містить повну інформацію як про залежності величини коефіцієнта підсилення від частоти, так і про зміну з частотою внесеного підсилювачем кута зрушення фази, характеристики такого типу (годографи) зручні для аналізу стійкості підсилювачів з негативним зворотним зв'язком і визначення деяких їхніх показників. Для судження про внесений підсилювачем лінійних викривлень частотнофазову характеристику не використовують тому що для цієї мети вона недостатньо наочна.
Рис.1.2 Частотнофазова характеристика підсилювача.
Рис.1.3 Частотна характеристика підсилювача
Оцінку внесених підсилювачем частотних спотворень роблять по його частотній характеристиці (називаною також амплітудно-частотною характеристикою), що представляє собою графік залежності модуля коефіцієнта підсилення До від частоти (мал.1.3), де по вертикальній осі відкладають К в лінійному або логарифмічному масштабі (або вихідна напруга Uвих, що відповідає незмінному значенню вхідної напруги Uвх) і по горизонтальній осі - частоту f у герцах (або кутову частоту ω=2πf) у логарифмічному масштабі. Необхідність застосування логарифмічного масштабу на осі частот диктується широким діапазоном робочих частот сучасних підсилювачів.
Діапазоном робочих частот підсилювача гармонійних сигналів називають смугу частот від нижчої робочої частоти fн до вищої робочої частоти fв, у межах якої абсолютна величина (модуль) коефіцієнта підсилення, а іноді і його фаза не повинні виходити за межі заданих допусків.
Діапазон робочих частот, а отже, і частоти fн і fв визначаються призначенням підсилювача; їх вибирають у відповідності зі спектральним складом посилюваних сигналів.
Амплітудна характеристика і динамічний діапазон.