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Amplificateurs électroniques

Les amplificateurs électroniques sont des dispositifs permettant d'augmenter la puissance des oscillations électriques sans changer de forme, à l'aide de tubes à électrons ou de triodes à semi-conducteurs (transistors). Les amplificateurs électroniques sont largement utilisés dans la recherche biologique et médicale en tant que parties intégrantes de nombreux appareils de mesure et d’enregistrement afin d’augmenter leur sensibilité. Un tel besoin apparaît notamment lors de la mesure et de l'enregistrement de l'activité bioélectrique d'organes et de tissus sur des oscillographes. L'oscilloscope est appelé tout dispositif permettant d'enregistrer des processus oscillatoires dans les coordonnées "déviation - temps". Les dispositifs industriels d’enregistrement de processus électriques comprennent des oscilloscopes à tronçon (électro-optique) contenant, en tant que système de déviation, un galvanomètre à tronçon - une boucle de fils minces parallèles inversés avec un miroir collé entre les pôles d’un puissant aimant. Avec le passage de la boucle de courant avec un miroir tourne, et le faisceau du miroir réfléchi tombe sur un film en mouvement. Les oscilloscopes à huit boucles H-102 communs possèdent des galvanomètres à bout ayant une résistance interne de 2 à 10 ohms et une sensibilité (sans amplificateur) d'environ 20 mm de déviation par 1 mA de courant à des fréquences allant jusqu'à 900 Hz. Des oscilloscopes similaires H-105 enregistrent sur un papier photographique large (120 mm). Il est également possible d’utiliser un papier ultraviolet spécial, permettant un enregistrement directement visible à la lumière du jour. Les oscilloscopes à faisceaux d'électrons de différents systèmes ont comme élément principal un tube oscillographique - un flacon en verre avec une cathode chauffée (une source d'électrons libres) d'un côté et un écran revêtu d'un luminophore rougeoyant au point d'incidence incidente du faisceau d'électrons de l'autre. À l'aide d'un «scanner», le faisceau effectue des mouvements alternatifs le long d'une ligne horizontale, tandis que, sous l'influence des oscillations étudiées, il dévie verticalement. Les oscilloscopes à faisceau électronique de type industriel ont des amplificateurs qui sont largement utilisés en médecine comme oscilloscopes pour l'observation visuelle de divers processus oscillatoires et en présence d'une photo en pièce jointe pour leur enregistrement. Il existe des oscilloscopes avec enregistrement à l’encre et magnétographes (magnétophones spéciaux) pour la recherche clinique et physiologique.

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Les oscilloscopes, couramment utilisés dans les études cliniques et physiologiques, nécessitent une déviation complète de dizaines et de centaines de volts de tension (oscilloscopes à faisceau électronique, électromécanique ou à encre) ou de dizaines de milliampères de courant (électron-optique ou boucle), soit des milliers et des centaines de milliers de fois supérieure à la valeur des oscillations bioélectriques. Cette contradiction est éliminée par l'utilisation d'amplificateurs électroniques.

En conjonction avec des convertisseurs de mesure de quantités non électriques dans des amplificateurs électroniques (voir Capteurs), vous pouvez enregistrer diverses réactions et processus biophysiques et biochimiques très faibles dans un organisme vivant (ondes de pouls, sons et sons du cœur, oxygénation du sang, etc.) et transmettre oscillations par radio ou par téléphone (voir Télémétrie). Les amplificateurs électroniques sont également utilisés dans des dispositifs pour la formation et l'amplification d'oscillations électriques de formes variées afin d'influencer les organes et les tissus (stimulateurs électroniques), ainsi que pour contrôler l'acheminement de stimuli lumineux et sonore (photo-stimulants).

Le principe de fonctionnement des amplificateurs électroniques, ainsi que de tout type d’amplificateurs, est que les faibles oscillations à amplifier servent à contrôler le flux d’énergie reçue d’une source d’énergie spéciale (piles, redresseurs, etc.). En tant qu’élément contrôlé (résistance électrique variable), il existe un tube électronique dans lequel se trouvent trois électrodes métalliques: la cathode, l’anode et la grille de commande. Pour un chauffage constant de la cathode, utilisez une source d’énergie supplémentaire. La cathode et l'anode de la lampe sont connectées à un circuit externe contenant une source d'alimentation et une charge. Des fluctuations de tension amplifiées sont appliquées aux bornes d'entrée entre le réseau et la cathode. En l'absence de signal à l'entrée, un courant continu traverse la lampe et lorsque le potentiel de la grille change par rapport à la cathode, le flux d'électrons augmente ou diminue (ceci équivaut à une modification de la résistance de la lampe).

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Selon le type de charge (oscilloscope) et la valeur de sortie, il existe des étages (étages) d'amplificateurs électroniques: tension, courant et puissance. Pratiquement à partir d’une cascade, il est possible d’obtenir un gain allant de 100 à 200. Si nécessaire, les amplificateurs à plusieurs étages utilisent davantage d’amplification dans laquelle les bornes de sortie de la cascade précédente sont connectées aux bornes d’entrée du suivant.

Les amplificateurs électroniques sur les triodes à semi-conducteurs (transistors) se sont généralisés. Dans le cas le plus simple, le circuit de commutation du transistor est similaire au circuit à tube électronique. Le circuit externe comprend des électrodes: un émetteur (analogue de la cathode) et un collecteur (analogue de l'anode), l'électrode de commande est la base (analogue de la grille). La tension de gain peut atteindre 100 et la puissance - jusqu'à 1000 par cascade. Les triodes semi-conductrices ont pour avantages une taille réduite, une longue durée de vie, le manque de sources d'énergie pour la chaleur (et donc une préparation instantanée au travail), une faible consommation d'énergie, ce qui permet par exemple de produire des amplificateurs et des stimulateurs électroniques de plusieurs centimètres cubes destinés à être implantés dans la cavité thoracique. émetteurs subminiatures pour endoradiosons (voir) et à d’autres fins.

Les caractéristiques principales des amplificateurs électroniques sont les suivantes: 1) gain, égal au produit des gains de chaque étage; 2) caractéristiques de fréquence et de phase - tâche graphique ou tabulaire de la dépendance des facteurs de gain et du déphasage des oscillations sur leur fréquence; 3) réponse transitoire - l'image de la forme de la courbe amplifiée en temps lorsque le signal d'entrée d'une forme rectangulaire; 4) réponse en amplitude - la dépendance de l'amplitude des oscillations à la sortie de l'amplitude de l'amplitude à l'entrée; 5) coefficient de non-linéarité - écart de la caractéristique d'amplitude (en pourcentage) par rapport à une ligne droite; 6) niveau de bruit - valeur de la tension effective d’auto-interférence, rapportée à l’entrée de l’amplificateur.