3 Описание схемы элементов аудиометра

Выбор и расчет усилителя

В качестве усилителя биопотенциалов целесообразно выбрать инструментальный усилитель. Наиболее полно требованиям технического задания удовлетворяет монолитные инструментальные усилители INA114 фирмы Burr-Brown (рисунок 14).

Рисунок 14 – Схема усилителя INA114

Данный усилитель имеет следующие характеристики, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики усилителя

Нижний предел падения напряжения:	≤ 50 мкВ
Дрейф напряжения	≤ 0,25 мкВ/°С
Минимальное значение входного тока	2 нА
Диапазон входного напряжения	от ±2.25 до ±18 В
Работает в диапазоне температур	от минус 40 до 80 °С

Усилитель INA114 имеет низкую стоимость, высокую точность и небольшие габаритные размеры, что делает его широко применимым при разработке схем электрических принципиальных. Коэффициент усиления может варьироваться от 1 до 10000 в зависимости от номинального значения сопротивления внешнего резистора (рисунок 32, справа).

Так как при снятии ЭЭГ диапазон изменения биопотенциалов 0,1-200 мВ, то для получения нормированного напряжения для АЦП (5В) необходимо получить коэффициент усиления 25.

;

Следовательно, значение сопротивления внешнего резистора должно составлять 2 кОм, согласно формуле.

R_G=2 кОм.

Данная интегральная микросхема выполнена в 8-выводном пластиковом корпусе (рисунок 15).

Рисунок 15 – Условное графическое обозначение микросхемы INA114

Назначение выводов интегральной микросхемы INA114 показано в таблице 2.

Таблица 2

№	Обозначение	Описание функций
1,8	RG	Внешний резистор
2,3	VIN	аналоговый входной канал. Входной канал однопроводный относительно GND. Входной канал может преобразовывать сигнал напряжения в диапазоне от 0 В до 5 В.
5	Ref	ссылка на вход.
6	Vо	положительное напряжение поставки.

Расчет фильтра низких частот

Для фильтрации составляющих гармоник, наложенных на сигнал при широтно-импульсной модуляции, используется фильтр нижних частот.

Усреднение аналогового сигнала за один период (с помощью аналогового фильтра) позволяет сгенерировать аналоговый сигнал. При заполнении импульсов 50% аналоговый сигнал равен половине напряжения питания, а при 75%-ом заполнении импульсов - аналоговый сигнал равен 75% от напряжения питания.

Например, аналоговый ФНЧ можно выполнить с помощью простого пассивного RC-фильтра (рисунок 16).

Рисунок 16 -Низкочастотный RC-фильтр

Простой RC-фильтр нижних частот, как правило, недостаточно хорошо фильтрует амплитуды составляющих переменного напряжения. При десятикратном увеличении частоты гашение увеличивается всего лишь на коэффициент 10, т.е. на 20 дБ на десятичный разряд. Этого недостаточно для требуемой точности цифро-аналогового преобразования. Учитывая выше сказанное, в представленной схеме используем активный фильтр второго порядка (рисунок 17).

Рисунок 17 -Фильтр нижних частот второго порядка,

предназначенный для обработки ШИМ – сигнала

Для расчета параметров фильтра нижних частот зададимся номиналами конденсаторов С₁= 0,082 мкФ и С₂= 0,039 мкФ и рассчитаем сопротивления R₁ и R₂ согласно следующим уравнениям:

При этом К – коэффициент усиления, равный 1; а₁ и b₁ – коэффициенты фильтра Баттерворта, равные 1,4142 и 1 соответственно.

При выборе конденсаторов фильтра, учитывается, что

В результате расчета получились следующие значения резисторов

R₁=R₂=3,24 кОм и R₃=3,74 кОм

Принципиальная схема фильтра низких частот представлена на рисунке 18, реализован фильтр на базе микросхемы LM2902.

Рисунок 18 - Схема фильтра низких частот