2.4.1 Буферный каскад
В преобразующем устройстве буферный каскад предназначен для развязки между каскадами. Схема включения показана на рис.2.12.
Рис.2.12. Буферный каскад
Буферный каскад выполнен по схеме операционного усилителя напряжения. Он передает сигнал с неинвертирующего входа на выход без изменения формы, полярности и обладает коэффициентом передачи, равным единице.
В качестве операционного усилителя выбрали КР140УД1208.
2.4.2 Классический дифференциальный усилитель
На измерительный усилитель кроме сигнала может поступать постоянная составляющая от + 0,3 до – 0,3 В. Для этого в лабораторном стенде предусмотрена схема подачи вольт-добавки к полезному сигналу (рис.2.13).
Рис. 2.13. Классический дифференциальный усилитель
На
рис.2.13 представлена схема классического
дифференциального усилителя, коэффициент
усиления которого равен 
.
В этой схеме для получения высокого
значения КОСС необходимо обеспечить
точное согласование резисторов. Для
этого лучше выбрать резисторы с
сопротивлением 100 кОм [1].
Коэффициент усиления дифференциального усилителя будет равен единице.
Для того, чтобы получить на выходе дифференциального усилителя сигнал с постоянной составляющей + 0,3 В, необходимо подать напряжение U2 равное 9 В.
В качестве операционного усилителя выбрали КР140УД1208.
2.4.3 Схема с инвертированием по выбору
Для того чтобы подать сигнал на измерительный усилитель в противофазе, необходимо в преобразующее устройство включить схему с инвертированием по выбору. Принципиальная схема показана на рис.2.14.
Рис.2.14. Схема с инвертированием по выбору
Схема, представленная на рис.2.14, позволяет инвертировать входной сигнал или пропускать его без инвертирования в зависимости от положения переключателя. Положение переключателя определяет также коэффициент усиления по напряжению – он может быть равен или +1, или -1 [1].
В качестве операционного усилителя выбрали КР140УД1208.
2.4.4 Делители напряжения в схеме пу
С выхода генератора на ПУ подаем напряжение порядка 250 мВ для того, чтобы не было наводок в кабеле, соединяющим генератор и преобразующее устройство. Так как ПУ обладает коэффициентом усиления равным единице, необходимо использовать делители напряжения на выходе всего каскада ПУ, чтобы подавить сигнал (1:30). Принципиальная схема преобразующего устройства приведена на рис.2.11.
Выбираем номиналы резисторов:
2.5. Выбор элементной базы
Измерительный усилитель.
Все усилительные схемы измерительного усилителя опираются на применение операционных усилителей (ОУ). Современные ОУ обладают очень хорошими, почти предельно реализуемыми характеристиками, представленными в табл.2.1 [7].
Таблица 2.1.
Параметры ОУ для построения усилителя биосигналов.
-
К усиления без ОС дБ
100-120
Подавление СФП дБ
70-100
Частота единичного усиления МГц.
0.1-5
Входной ток пА
10 -500
Эквивалентные шумы нВ/sqrГц
1-30
Низкочастотные шумы 0.1 - 10Гц, мкВ
2 (пик/пик)
Входная емкость пФ
2 - 5
Входное сопротивление МОм.
10 - 100
Были рассмотрены базы данных операционных усилителей [8,9]. Из всех отечественных операционных усилителей самыми распространенными являются усилители серии 140.
Для данной установки необходимо чтобы ОУ удовлетворяли следующим требованиям:
- потребление малого тока от источника питания;
- большое входное сопротивление;
- малые входные шумы.
На основании вышеприведенных данных в качестве операционных усилителей подходят:
КР140УД1208 - микромощный ОУ; КР140УД1408 - прецизионный ОУ; К140УД17 – прецизионный ОУ.
По справочным данным выбрали микромощный операционный усилитель КР140УД1208 [10]. Потому что эти ОУ потребляют наименьший ток от источника питания, чаще встречаются, чем остальные рассмотренные операционные усилители и имеют сравнительно невысокую цену.
Микросхемы КР140УД1208 представляют собой микромощные многофункциональные операционные усилители с регулируемым потреблением тока, с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода от короткого замыкания. Условное графическое обозначение микросхемы КР140УД1208 приведено на рис.2.15.
|
|
|
Рис.2.15. Условное графическое обозначение КР140УД1208
Назначение выводов КР140УД1208: 1,5 - балансировка; 2 - вход инвертирующий; 3 - вход неинвертирующий; 4 - напряжение питания -Uп; 6 - выход; 7 - напряжение питания +Uп; 8 - задающий ток;
Типовая схема включения и электрические параметры микросхемы приведены в приложении 2.
Преобразующее устройство.
В преобразующем устройстве в качестве операционных усилителей также выбраны КР140УД1208. Их преимущества рассмотрены выше.