Расчет кардиографа

2.3 Входной усилитель (на операционном усилителе)

Предварительный входной усилитель с использованием ОУ:

UВХ = 2 мВ,

RВЫХ = 1 кОм,

RВХ

= 500 кОм,

UПИТ = В,

UВЫХ = 1 В

Предварительный усилитель с заданными входными и выходными параметрами можно спроектировать, исходя из справочных данных, на микросхеме широкого применения К140УД1А с дополнительной стабилизацией напряжения питания до , и используя схему инвертирующего усилителя.

Принципиальная электрическая схема приведена на рис.2.1

Рисунок 2.6 - Принципиальная электрическая схема каскада усиления на ОУ

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ всегда выше внутреннего сопротивления ОУ и реально равно:

где - внутреннее сопротивление микросхемы,

- коэффициент передачи обратной связи (),

- коэффициент усиления микросхемы без обратной связи.

Для микросхемы К140УД1А (из справочника):

;

Отсюда, усилительного каскада равно:

Для получения заданного входного сопротивления (500 КОм), вход усилителя нужно зашунтировать сопротивлением R3 (подключить параллельно входу). Тогда будет равно:

Выбирая R2 = 1100 КОм (1.1 МОм)

Выходное сопротивление реального усилительного каскада всегда меньше выходного сопротивления микросхемы:

где - сопротивление выхода микросхемы (= 700 Ом), - коэффициент передачи обратной связи (), - коэффициент усиления микросхемы без обратной связи.

Для получения заданного выходного сопротивления усилителя (1000 Ом), выходное сопротивление микросхемы должно быть равно:

Для получения такого выходного сопротивления микросхемы в выходную цепь микросхемы последовательно включаем резистор R4:

Резистор R4 также будет являться защитой выхода микросхемы от короткого замыкания.

Сопротивление нагрузки проектируемого усилителя по заданию составляет 500 Ом. При выходном сигнале 1 В, ток в нагрузке будет равен:

Для микросхемы К140УД1А максимальный выходной ток по справочнику составляет 3 мА, что в полтора раза превышает расчетный.

Микросхема К140УД1А питается от двухполярного стабилизированного источника питания напряжением . Так как по заданию напряжение источника питания , то для питания усилителя целесообразно применить параметрические стабилизаторы R6V1 и R7V2. Стабилитроны V1 и V2 с напряжением стабилизации 12 13 В и током стабилизации 10 20 мА. Для этого подойдут стабилитроны КС212, КС213 или КС512, КС513.

Балластные резисторы R6 и R5 при падении напряжения на них:

обеспечивают ток порядка 15 мА (0.015 А) и имеют сопротивление равное:

2.4 Расчет АЦП

Исходные данные:

Относительная погрешность измерения γ = 2%

Верхняя частота полосы пропускания ОУ fв = 300;

Ожидаемое максимальное напряжение Um = 2 В;

Среднее напряжение помех σп = 35 μВ

Напряжение сигнала на входе ОУ U1=3 мВ

Число отведений l = 4

Рассчитаем число разрядов АЦП

2.4.1 Находим необходимое число разрядов кода nm из условий заданной точности

выбираем первое большее число разрядов nm = 6

1) Для проверки выбора по помехам и шумам уровень собственных шумов на входе ОУ определяем по формуле:

для расчета принимаем

Уровень шума резисторов на входе:

для расчета принимаем плотность шумов для металлопленочных резисторов группы

Вычислим среднее значение помех на входе канала по формуле:

2) Определяем коэффициент усиления канала:

Определяем число разрядов АЦП с учетом помех:

принимаем nш = 3. Т. к. помехи и шумы велики, то необходимо принять специальные меры по снижению их влияния.

 Скачать реферат