МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра биотехнических систем

Курсовая РАБОТА

по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника»

Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ПИКОВОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

Студент гр. 3502	_____________________	Свириденко А. А.
Преподаватель	_____________________	Корнеева И. П.

Санкт-Петербург

2025

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студент: Свириденко А. А.
Группа: 3502
Тема работы: «Проектирование схемы пикового детектора для регистрации частоты сердечных сокращений» Задание: Провести сравнительное исследование и моделирование четырёх схем аналоговых пиковых детекторов (пассивный, активный на ОУ, улучшенный без насыщения, со схемой сброса) в среде Micro-Cap, проанализировать переходные процессы и применимость для обработки биосигналов (ФПГ), выбрать оптимальную схему для измерения ЧСС и сформулировать выводы по результатам моделирования.
Содержание пояснительной записки: «Аннотация», «Содержание», «Введение», «Общие теоретические сведения», «Моделирование схемы в Micro-Cap», «Заключение», «Список использованных источников».
Дата выдачи задания:
Дата сдачи реферата:
Дата защиты реферата:
Студент		Свириденко А. А.
Преподаватель		Корнеева И. П.

Аннотация

Измерение частоты сердечных сокращений требует точного выделения пиковых значений биосигналов, таких как фотоплетизмограмма. В данной курсовой работе проведено сравнительное исследование и моделирование четырёх архитектур аналоговых пиковых детекторов: пассивного RC-детектора, активного детектора на операционном усилителе, улучшенной схемы с избеганием насыщения и детектора со схемой сброса. Работа выполнена путём моделирования в среде Micro-Cap на тестовом синусоидальном сигнале, имитирующем периодичность сердечных сокращений. Для каждой схемы проанализированы переходные процессы. На основании результатов моделирования сделаны выводы о преимуществах, ограничениях и потенциальных областях применения каждой из рассмотренных топологий. Разработанные схемы представляют собой базовые модули, которые могут быть использованы в системах обработки биомедицинских сигналов для устройств мониторинга сердечной деятельности.

ABSTRACT

Measuring heart rate requires accurate extraction of peak values from biosignals such as the photoplethysmogram. This course work presents a comparative study and simulation of four analog peak detector architectures: a passive RC detector, an active operational amplifier-based detector, an improved circuit that avoids saturation, and a detector with a reset circuit. The research was conducted by simulating the circuits in the Micro-Cap environment using a test sinusoidal signal that mimics the periodicity of heartbeats. For each circuit, transient processes were analyzed. Based on the simulation results, conclusions are drawn regarding the advantages, limitations, and potential application areas of each considered topology. The developed circuits serve as fundamental building blocks that can be integrated into biomedical signal processing systems for cardiac monitoring devices.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 6

1.1. Назначение и область применения пиковых детекторов в обработке биосигналов 6

1.2. Эволюция схем пиковых детекторов: от пассивных к активным 6

1.2.1. Пассивный пиковый детектор 6

1.2.2. Активный пиковый детектор на операционном усилителе (ОУ) 7

1.2.3. Пиковый детектор с улучшенным быстродействием 9

1.2.4. Пиковый детектор со схемой сброса 10

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ схемы в среде micro-cap 11

2.1 Пассивный пиковый детектор 11

2.2 Активный пиковый детектор на операционном усилителе (ОУ) 13

2.3 Пиковый детектор с улучшенным быстродействием 14

2.4 Пиковый детектор со схемой сброса 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПисок использованных источников 19

Введение

В современной биомедицинской измерительной технике точное выделение пиковых значений из слабых и зашумлённых сигналов, таких как фотоплетизмограмма (ФПГ), является ключевой задачей для определения частоты сердечных сокращений. Наиболее простой пассивный пиковый детектор на основе диода и конденсатора обладает существенными недостатками: низкой точностью из-за падения напряжения на диоде и высокой зависимостью от температуры. Активные схемы на операционных усилителях позволяют создать прецизионные детекторы, устраняя эти погрешности. Однако классическая активная схема склонна к насыщению операционного усилителя после прохождения пика, что приводит к задержке восстановления и невозможности обработки узких или часто следующих импульсов. Это обуславливает необходимость исследования усовершенствованных схем, включая детекторы с предотвращением насыщения и с управляемым сбросом. Проведённый анализ и моделирование данных схем позволят определить оптимальное решение для построения узлов обработки сигналов в портативных медицинских диагностических устройствах, таких как пульсоксиметры и кардиомониторы.