Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Узлы и элементы биотехнических систем. Учебное пособие
.pdf
Переключение режима работы УВХ осуществляется ключом К
по сигналу управления U
. На этапе выборки ключ К замкнут, и кон-
упр
денсатор заряжается от источника входного сигнала Uвх. Напряжение
на конденсаторе изменяется в соответствии с выражением
Uc(t) = UBX +(Uc(txp)-UBX)e-
1/τ3
, (3.24)
где Uc(txр) – напряжение на конденсаторе к моменту начала нового
цикла выборки (концу цикла хранения);
τ3 – постоянная времени заряда конденсатора; τ3 = С(Rис + R3);
Rис – сопротивление источника сигнала;
R3 – сопротивление замкнутого ключа.
В момент окончания режима выборки tв напряжение на конденсаторе на некоторую величину может не достигать значения Uвx и
будет равно Uс(tBX). Тогда относительная погрешность выборки будет
определяться выражением
(3.25)
Из выражения (3.25) легко определяется необходимое время выборки tв, с тем чтобы ошибка выборки не превышала заданной величины:
.
В режиме хранения ключ К разомкнут, и конденсатор медленно разряжается через входное сопротивление буферного каскада, выполненного на повторителе А2 с высоким входным противлением,
через сопротивление разомкнутого ключа и сопротивлением утечки
самого конденсатора.
По схеме, приведенной на рис. 3.20в, выполнены промышленные интегральные микросхемы типа LF398 (рис. 3.21).
На точность работы рассмотренных схем влияет ряд параметров: токи утечки ключей, входные токи ОУ, паразитные емкости и
сопротивления и др. Чтобы уменьшить влияние этих погрешностей,
прибегают к специальным схемным решениям, например строят УВХ
с компенсацией. Эти УВХ используются при обработке медленно меняющихся сигналов, характеризующих процессы жизнедеятельности с
большой постоянной времени (время хранения до десятков минут).
Структурная схема такого УВХ и временная диаграмма его работы приведены на рис. 3.22. В момент окончания времени выборки tв
на конденсаторе устанавливается напряжение Uc(tв) в соответствии
с выражением
.
81
Рис. 3.21. Структурная схема микросхемы типа 1100СК2
а б
Рис. 3.22. Схема УВХ с компенсацией(а) и временная диаграмма его
работы (б): К – ключ; С – конденсатор памяти; БК – буферный
каскад; Инт – интегратор; АСм – аналоговый сумматор
В момент выборки сигналом
на выходе интегратора под-
держивается нулевой потенциал.
3.5.2. Амплитудные (пиковые) детекторы
Второй тип аналоговых элементов памяти составляют знаковые, или амплитудные, детекторы, которые выполняют функции,
близкие к УВХ. Эти устройства предназначены для запоминания экстремальных значений входного сигнала. Они также работают в режимах выборки и хранения, но режим определяется рабочим сигналом.
При возрастании входного сигнала пиковый детектор работает в режиме выборки, а при уменьшении – в режиме хранения и запоминает
предыдущее максимальное значение входного сигнала. Режим хранения продолжается до прихода сигнала, превышающего запомненный,
или до прихода сигнала сброса. Реализуются пиковые детекторы пу-
82
тем замены ключа в схемах УВХ диодом; в режиме выборки диод от-
а
б
Рис. 3.23. Варианты схем амплитудных детекторов
крыт, а в режиме хранения закрыт.
Один из вариантов схемы амплитудного детектора приведен
на рис. 3.23а. При увеличении UBX диод VD1 открыт, a VD2 закрыт.
Конденсатор С, подключенный к выходу ОУ, заряжается. При уменьшении Uвх диод VD1 запирается более высоким потенциалом, накопленным на конденсаторе, и схема переходит в режим хранения накопленного напряжения. Диод VD2 фиксирует выходные отрицательные
напряжения ОУ на одном уровне, что уменьшает время перехода из
режима хранения в режим слежения за входным сигналом. Перед новым циклом детектирования конденсатор разряжается путем замыкания транзисторного ключа по сигналу «Сброс».
Лучшими характеристиками обладает схема амплитудного детектора, приведенная на рис. 3.23б. В этой схеме при Uвх > -Uc (R1/R2)
напряжение на выходе первого инвертирующего операционного усилителя становится отрицательным, и диод VD2 открывается, заряжая
конденсатор С1. С учетом общей отрицательной обратной связи для
двух усилителей
Если входное напряжение начинает снижаться, то U1 увеличивается, в результате чего диод VD2 закрывается, а диод VDI открыва-
83
ется, замыкая внутреннюю обратную связь усилителя A1, не давая ему
Рис. 3.24. Структурная электрическая схема двухполярного
амплитудного детектора
входить в область насыщения из-за разрыва его обратной связи диодом VD2.
Пиковое напряжение, инвертированное и промасштабированное в (R2/R1) раз, запоминается на конденсаторе С1.
Схема двухстороннего амплитудного детектора для обработки
положительного и отрицательного напряжений приведена на рис. 3.24.
Детектор положительного сигнала выполнен на усилителе А2, диодах
VDI, VD2 и емкости С1. Усилители А1, А3 реализуют инвертирующий амплитудный детектор отрицательного сигнала. Выход детектора
положительного сигнала обеспечивает опорное напряжение для детектора отрицательного сигнала, поэтому АЗ суммирует усиленное в
два раза напряжение положительного детектора с выходным напряжением детектора отрицательного сигнала. Делитель из резисторов R1
служит для согласования опорных потенциалов обоих детекторов.
Данная схема обладает довольно высокой точностью работы,
поскольку наличие двух емкостей обеспечивает частичную компенсацию влияния входных токов АЗ. Кроме того, выбором величин емкостей можно скомпенсировать влияние входных токов А1 и А2 на разряд конденсатора С1. При равенстве входных токов всех трех ОУ
условие компенсации определяется соотношением С1=ЗС2. Погрешность двухстороннего детектора определяется суммой погрешностей
обоих детекторов. Быстродействие ограничивается длительностью
заряда конденсаторов С1 и С2.
84
Погрешности амплитудных детекторов определяются погрешностью выборки (заряда, подзаряда) и разрядом запоминающего конденсатора. Конденсатор разряжается за счет токов утечки диода, транзистора
цепи сброса, самого конденсатора, а также за счет входного тока ОУ.
Тренировочные задания
1. Нарисуйте схематично усилители переменного тока.
2. Нарисуйте схематично амплитудно-частотные характеристики
фильтров различных типов.
3. Нарисуйте схематично частотную характеристику ФНЧ.
4. Нарисуйте схематично структурную электрическую схему ис-
точника тока с заземленной нагрузкой.
5. Нарисуйте схематично варианты схем реализации компарато-
ров.
6. Нарисуйте схематично электрическую схему двухпорогового
компаратора.
7. Нарисуйте схематично электрическую схему экспоненциаль-
ного преобразователя.
8. Нарисуйте схематично электрическую схему однополупериод-
ного выпрямителя.
9. Нарисуйте схематично типовые структурные электрические
схемы умножителей напряжения.
10. Нарисуйте схематично основные варианты реализации УВХ.
11. Нарисуйте схематично варианты схем амплитудных детекто-
ров.
Тестовые задания
1. Среди множества различных аналоговых функциональных
устройств определенное место занимают схемы, осуществляющие линейные преобразования над аналоговыми сигналами:
а) масштабирование, суммирование, интегрирование, дифферен-
цирование;
б) масштабирование, суммирование, интегрирование;
в) суммирование, интегрирование, дифференцирование;
г) масштабирование, суммирование, дифференцирование.
2. Частота среза – это частота:
а) при которой напряжение на выходе фильтра падает до уровня
0,707 от напряжения в полосе пропускания
;
85
б) при которой начиная с некоторой частоты
ФНЧ практиче-
ски не пропускают (достаточно сильно с точки зрения решаемой задачи подавляют) входной сигнал переменного тока;
в) при которой входной сигнал практически не пропускает на вы-
ход ФНЧ;
г) при которой выходное напряжение на 3 дБ выше, чем выход-
ное напряжение в полосе подавления.
3. Полюсами фильтра с практической точки зрения называют:
а) характеристики фильтра на переходном участке и вид выброса
характеристики в полосе пропускания вблизи переходного процесса;
б) среднюю частоту полосы пропускания и ее ширину на уровне
3 дБ;
в) слагаемые наклона его частотной характеристики на переходном участке, обусловленного наличием ЯС-цепей, используемых для
формирования частотных характеристик;
г) величину отклонений (колебаний) вершины логарифмической
амплитудно-частотной характеристики в полосе его пропускания (ΔL).
4. Добротность связывает:
а) характеристику фильтра на переходном участке и вид выброса
характеристики в полосе пропускания вблизи переходного процесса;
б) среднюю частоту полосы пропускания и ее ширину на уровне
3 дБ;
в) слагаемые наклона его частотной характеристики на переходном участке, обусловленного наличием ЯС-цепей, используемых для
формирования частотных характеристик;
г) величину отклонений (колебаний) вершины логарифмической
амплитудно-частотной характеристики в полосе его пропускания (ΔL).
5. Неравномерность связывают:
а) с характеристиками фильтра на переходном участке и вид выброса характеристики в полосе пропускания вблизи переходного процесса;
б) средней частотой полосы пропускания и ее ширину на уровне
3 дБ;
в) слагаемыми наклона его частотной характеристики на переходном участке, обусловленного наличием ЯС-цепей, используемых
для формирования частотных характеристик;
86
г) величиной отклонений (колебаний) вершины логарифмической
амплитудно-частотной характеристики в полосе его пропускания (ΔL).
6. Коэффициент затухания определяет:
а) характеристики фильтра на переходном участке и вид выброса
характеристики в полосе пропускания вблизи переходного процесса;
б) среднюю частоту полосы пропускания и ее ширину на уровне
3 дБ;
в) слагаемые наклона его частотной характеристики на переходном участке, обусловленного наличием ЯС-цепей, используемых для
формирования частотных характеристик;
г) величину отклонений (колебаний) вершины логарифмической
амплитудно-частотной характеристики в полосе его пропускания (ΔL).
7. ______________ определяется как выраженное в процентах изменение характеристики схемы при частичном изменении одной из
независимых переменных в схеме:
а) чувствительность;
б) полоса пропускания;
в) измеряемая величина;
г) отклонение значений.
8. Чувствительность прибора – это:
а) его способность точно указывать истинное значение измеряе-
мого показателя;
б) его способность сохранять точность в течение заданного вре-
мени после калибровки;
в) способность прибора измерять и обнаруживать малые измене-
ния измеряемых показателей;
г) это способность индицировать наименьшие изменения, кото-
рые могут быть считаны с дисплея.
9. Множительно-делительные устройства классифицируются:
а) замкнутые и открытые;
б) прямые, косвенные и комбинированные;
в) по возможности работы с входными сигналами различной по-
лярности
г) верно а, б, в.
87
10. Аналоговые компараторы предназначены для сравнения:
Подписано в печать 29.12.2018
Формат 6084 1/16
Бумага офсетная
Печать ризографическая
5,35 усл. печ. л.
5,5 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ
Издательство Казанского национального исследовательского
технологического университета
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального
исследовательского технологического университета
420015, Казань, К. Маркса, 68
а) величин двух аналоговых сигналов U
б) величин двух аналоговых сигналов U
в) двух аналоговых сигналов U
г) аналоговых сигналов U
1вых
1вых
и U
и U
0вых
.
1вых
0вых
1вых
;
и U
и U
0вых
0вых
;
;
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ливенсон, А.Р. Электромедицинская аппаратура / А.Р. Ливенсон. –
5-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1981.- 344 с.
2. Система получения медико-биологической информации [Электронный ресурс]. URL. http://vmede.org/sait/=28Medbiofizikaremizov (дата обращения 27.11.2016).
3. Кореневский, Н.А. Узлы и элементы медицинской техники: учебное
пособие / Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев. – Курск, 2009. – 426 с.
4. Федорова, В.Н. Медицинская и биологическая физика: курс лекций с
задачами / В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 592 с.
5. Ремизов, А.Н. Учебник по медицинской и биологической физике /
А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2015. – 558 с.
6. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения /
Л. Кромвелл [и др.]; пер. под ред. Р.И. Утямышева. – М.: Радио и связь,
1981. – 344с.
Редактор Л. Г. Шевчук
88
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]