пользоваться простым усилителем постоянного тока? Дело в том, что электроды, с помощью которых воспринимаются небольшие электрокардиографические потенциалы, образуют пластину гальванического элемента, создающего смещение по постоянному току, причем типичная величина смещения может в несколько раз превышать амплитуду основных составляющих электрокардиограммы. Помимо того что смещение имеет большую амплитуду, с ним оказывается еще трудно справиться, так как за период в несколько минут оно сильно изменяется. Если бы смещение было стабильным, то не составило бы никакого труда предусмотреть в электрокардиографе средство создания противодействующего смещения, которое уменьшало бы влияние смещения, но на практике мы наблюдаем нестабильное положение оси, относительно которой изменяется сигнал.

Еще одна причина, по которой прибегают к использованию усилителя переменного тока, состоит в том, что его можно использовать как своего рода фильтр, позволяющий избавиться от определенных нежелательных частот, оказывающих влияние на нужный сигнал и искажающих форму выходного сигнала. Если усилитель используется в этом качестве, то пределы частотной характеристики выбираются такими, чтобы нежелательные компоненты усиливались в меньшей степени, чем нужные. Однако при выборе пределов нужно соблюдать осторожность, так как все периодические функции можно представить в виде ряда Фурье. Быстроизменяющиеся составляющие сигнала представлены высокочастотными компонентами ряда Фурье, а медленно изменяющиеся составляющие - низкочастотными компонентами. Если пределы выбраны неправильно, то частотная характеристика будет искажать выходной сигнал. Поэтому необходимо оценить, какие частоты можно ослаблять, чтобы потом не ломать голову над результатами.

Кроме того, если с умом использовать обратную связь, то усилитель переменного тока можно сделать более стабильным и менее подверженным искажениям. В определенных типах усилителей первое качество приобретает первостепенное значение. Например, усилитель переменного тока, используемый в усилителе постоянного тока с прерываниями может усиливать сигналы низкого уровня, частота и амплитуда которых близки к частоте и амплитуде напряжения дрейфа усилителя постоянного тока. С помощью специального устройства сигнал постоянного тока преобразуется в прерывистый. Прерывистый сигнал проходит через усилитель переменного тока, который благодаря наличию цепи обратной связи гораздо более стабилен.

Схемы усилителей переменного тока

Рис. 6.1 иллюстрирует, наверное, самый простой метод построения усилителя переменного тока, который, правда, не обеспечивает оптимальной характеристики работы устройства. Все

Рис. 6.1. Неинвертирующий усилитель переменного тока с трансформаторной связью (а); инвертирующий усилитель переменного тока с емкостной связью (б); неинвертирующий усилитель переменного тока с емкостной связью (в).

три схемы, приведенные на рисунке, основаны на схемах усилителя постоянного тока с несимметричным выходом, которые мы обсудили раньше.

Схема, показанная на рис. 6.1, а, использует повторитель с неинвертирующим входом. Здесь усилитель постоянного тока преобразуется в усилитель переменного тока с помощью трансформатора 7]. Трансформатор? может иметь свой собственный

коэффициент повышения напряжения, зависящий от отношения числа витков первичной и вторичной обмоток. Его следует принимать во внимание при составлении уравнений для коэффициента усиления. Коэффициент усиления по напряжению для переменного тока определяется следующим образом:

Л„ = (Лзт/Алерв) [1 +№о.о/вх)]- (6-1)

Давайте подсчитаем коэффициент усиления по напряжению для каскада усилителя переменного тока, подобного тому, который показан на рис. 6.1, а, в котором /?о.с = 100 кОм, /?вх=10 кОм и отношение числа витков в обмотках трансформатора Лвт/Лперв составляет 1:3.

А, = (3/1) [1 + (100/10)] = (3) (11) = 33.

С этой схемой связаны две проблемы, которые могут доставить много хлопот. Одна связана с тем, что трансформаторы - неидеальные устройства и их частотная характеристика может не удовлетворять требованиям какого-либо определенного практического случая. Другая проблема состоит в том, что обычно габариты трансформатора превышают габариты всех остальных компонентов схемы и в некоторых случаях решение этой проблемы может вызвать затруднения.

На рис. 6.1,6 показан усилитель переменного тока, построенный на основе схемы простого инвертирующего повторителя по-стояного тока. В этом варианте схемы конденсатор блокирует сигналы постоянного тока, но пропускает сигналы переменного тока. Происходит, правда, некоторое ослабление сигналов переменного тока на частотах, для которых конденсатор С\ обладает высокой реактивностью.

Еще один способ реализации этой идеи основан на использовании схемы неинвертирующего повторителя постоянного тока. Эта схема показана на рис. 6.1, е. Здесь, как и в предыдущем случае, конденсатор С\ должен блокировать сигналы постоянного тока и пропускать сигналы переменного тока. В идеальной схеме, построенной из идеальных компонентов, нет необходимости в резисторе R\, но реальные операционные усилители часто совсем не похожи на идеальные. На входах у них протекают небольшие токи смещения, которые могут зарядить конденсатор Ci до такого значения, что это приведет к неприятным последствиям. Дело в том, что операционный усилитель воспринимает напряжение на конденсаторе Cj, созданное этими токами смещения, как еще один входной сигнал. Если этот потенциал достигнет значения, при котором с учетом коэффициента усиления происходит насыщение каскада, то усилитель перестанет реагировать на входные сигналы. Разряд конденсатора С\ происходит через резистор R\ - вот для чего ставят в схему этот резистор. К сожалению, при этом уменьшается входное сопротивление, которое в схеме неинвертирующего повторителя, как правило