Техническое задание
Разработать принципиальную электрическую схему дифференциального операционного усилителя. Схема применяется для выделения небольшой разности напряжений на фоне значительно синфазной составляющей, что является весьма актуальным при регистрации и съёме биопотенциалов с поверхности тела человека при медицинском исследовании состояния организма (электрокардиографии, электроэнцефалографии, электромиографии и т.д.).
Условия эксплуатации проектируемого устройства – нормальные лабораторные (23 , атмосферное давление 760 мм. рт. ст., влажность воздуха 50%).
Основные радиотехнические параметры для проектирования:
- ЭДС источника сигнала: ЕГ=3 мВ
- полоса частота усиливаемых сигналов: FMIN=0.01 Гц, FMAX=2000 Гц
- напряжение питания: выбирается
- сопротивление нагрузки: RН=1 кОм
- выходное напряжение UВЫХ=±15 В
- коэффициент ослабления синфазного сигнала: КОСС 80 дБ
- входной импеданс: RВХ 10 МОм
Список сокращений
ОУ – операционный усилитель.
ДУ – дифференциальный усилитель.
ОС – обратная связь.
ООС – отрицательная обратная связь.
ВЧ – высокая частота.
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика.
ФЧХ – фазочастотная характеристика.
КОСС – коэффициент ослабления синфазного сигнала.
ГСТ – генератор стабильного тока.
Содержание
Анализ и обоснование технического задания..................................... Анализ технической литературы.......................................................... | 5 7 |
Введение................................................................................................. | 8 |
1. Определение, классификация, характеристики ОУ....................... | 9 |
2. Дифференциальный усилитель на ОУ............................................. | 18 |
3. Расчёт ДУ на ОУ................................................................................ | 31 |
Описание электрической схемы........................................................... | 36 |
Заключение............................................................................................. | 37 |
Список использованных источников................................................... | 38 |
Приложение............................................................................................ | 39 |
Анализ и обоснование технического задания
При выборе параметров дифференциального усилителя следовало руководствоваться спецификой направления обучения («Биотехнические и медицинские аппараты и системы»), а также характеристиками операционных усилителей, на которых строятся дифференциальные усилители. В связи с этим я провела краткое исследование рынка современных ОУ [8], в результате чего выяснилось, что при проектировании современной медицинской техники широко применяются прецизионные усилители, краткая характеристика которых приведена в главе 1. Компаниями, лидирующими на рынке ОУ, используемых при построении медицинских систем и аппаратов, являются Texas Instruments (LMP7731, LMC6061, LMH6622) и Maxim Integrated (MAX44250, MAX9636). Основным требованием, которое я выдвигала при подборе усилителей, являлся низкий уровень шума (его спектральная плотность), поскольку электрические сигналы (биопотенциалы), снимаемые с поверхности тела человека, слабые и могут потеряться на фоне шумов, производимых аппаратурой. Электрические характеристики производимых ими ОУ представлены в таблице 1.
На основании представленных данных были выбраны технические параметры проектируемого дифференциального усилителя на операционном усилителе и проведён его расчёт.
Таблица 1. Прецизионные ОУ, используемые в
медицинских приборах.
Напряжение питания, B | Потребляемый ток, мА | Выходной ток, мА | Напряжение смещения, мкВ | Температурный дрейф напряжения смещения | Коэффициент усиления, дБ | Коэффициент ослабления синфазного сигнала, дБ | Частота единичного усиления, МГц | Напряжение шумов (спектральная плотность), нВ/ | Прим. | |
LMP7731 | 1.8…5.5 | 2.25 | 31/44 | 9.0 | 0.2 | 130 | 130 | 22 | 2.9 | биполярный вход |
LMC6061 | 4.5…15.5 | 0.02 | 21 | 100 | н/д | 140 | 85 | 100 | 83 | |
LMH6622 | 2.25…6 | н/д | 90 | 200 | 2.5 | н/д | 100 | 160 | 1.6 | |
MAX44250 | 2.7…20 | 1.22 | н/д | 6 | н/д | 154 | 140 | 10 | 5.9 | |
MAX9636 | 2.1…5.5 | 0.036 | н/д | 10 | 7…10 | 124 | 77 | 1.5 | 38 | КМОП, однополярн. питание |