ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Предусилители

Основные параметры усилителя в значительной степени определяются свойствами входных каскадов - предусилителей. К ним предъявляются жесткие требования: высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазных сигналов, малый уровень шумов, высокая стабильность коэффициента усиления, большой динамический диапазон. Предусилители строятся на операционных усилителях ОУ или в комбинации ОУ с входными дифференциальными каскадами на полевых транзисторах.

Специально для работы в качестве усилителя биопотенциалов был разработан гибридный ОУ типа К284УД1А с дифференциальным входным каскадом на подобранной паре полевых транзисторов.

Особенностью ОУ является наличие выводов истоков полевых транзисторов и генератора стабильного тока I о , с помощью которого задаются все усилительные параметры ОУ (рис. 1). Выводы истоков могут быть использованы для подключения цепи отрицательной ОС, что позволит добиться лучшего симметрирования ДУ и повысить электробезопасность.

При динамическом диапазоне ±400 мВ коэффициент усиления предусилителя не должен быть более 10. Максимальное соотношение сигнал-шум в данной микросхеме достигается при низкоомных сопротивлениях в цепи ОС, а это ведет к снижению Kос.сф.усилителя.

Image
Рис. 1. Предусилитель на гибридной микросхеме К284 УД1 А: VT1, VT2 – подобранная пара полевых транзисторов; УН – усилитель напряжения; УА - усилитель амплитуды и сдвига уровня; ЭП - эмиттерный повторитель


С улучшением технологии изготовления ОУ стало возможным; создание микросхем на биполярных и полевых транзисторах. Последние используются во входных дифференциальных каскадах ОУ (например, К544УД1). На основе их выполняют высокоэффективные предусилители (рис. 2).

Дифференциальный усилитель образован парой ОУ1 и ОУ2 в неинвертирующем включении, связанных между собой резисторов 2R1. Сигналы с выходов ОУ1 и ОУ2 подаются на ОУЗ, где они вычитаются. На выходе ОУЗ имеется только разностный сигнал.

Коэффициент усиления предусилителя:

Image

Image
Рис. 2. Предусилитель с дифференциальным входом


Усиление регулируется резистором R1, а симметрирование (получение максимального значения K ос.сф.осуществляется резистором R 4

Необходимость в выделении сигналов малого уровня на фоне синфазных помех в условиях возможного попадания опасных токов на объект привела к широкому применению развязывающих усилителей (РУ) биопотенциалов.

Развязка может быть выполнена на выходе, но ее предпочтительно осуществлять в предусилителе, так как в этом случае изоляцию выполнить конструктивно проще и уменьшается потребляемая мощность изолированного источника питания.

По своим характеристикам развязывающие усилители близки к ОУ, но обладают дополнительными, присущими только им свойствами:

  • защитой от высоких разностей потенциалов между входной и выходной цепями (высокое напряжение развязки) и между входами;
  • высокой степенью подавления синфазных помех (переменных, постоянных, импульсных), т.е. высоким коэффициентом ослабления синфазных сигналов K ос.сф.;
  • очень высоким полным сопротивдением утечки с входа на "землю" цепи питания.

Структурная схема развязывающего усилителя показана на рис. 3

Image
Рис. 3 Обобщенная структурная схема развязывающего усилителя


Входная часть РУ состоит из дифференциального усилителя (ДУ) и передатчика сигнала (ПС), питание которых осуществляется от изолированного от земли источника питания (ИП). Выходная часть содержит автономный или синхронизированный генератор Г с трансформаторным выходом для развязки питания от входной части. Сигнал через "изолирующий барьер" передается на приемник сигнала ПрС, потом усиливается в ОУ и поступает на выход РУ.

В РУ ослабляется синфазное напряжение относительно общего провода питания ("земли") U C1 и относительно "плавающей" земли U C2

Для увеличения K ос.сф.1и K ос.сф.2паразитные емкости изолирующего барьера по питанию C из.п. и сигналу C из.с. "плавающей" земли, соединенной с защитным экраном на общий экран, должны быть минимальны.

В РУ широко используется трансформаторная связь по питанию и сигналу с амплитудной синхронной демодуляцией сигнала и отрицательной ОС.

На рис. 4 приведена структурная схема РУ с двумя трансформаторами.

Image
Рис. 4. Структурная схема развязывающего усилителя с трансформаторной связью и синхронной амплитудной демодуляцией


Электрокардиосигнал с выхода ДУ поступает на вход амплитудного модулятора AM, нагруженного на первичную обмотку трансформатора Т2. Управляющий сигнал подается на AM со вторичной обмотки трансформатора Т1. Он формируется при помощи аналогового коммутатора АК. Частота коммутации fк устанавливается исходя из возможностей аналоговых ключей модулятора и демодулятора. Обычно fк берется равной 125 кГц, что значительно выше верхней граничной частоты ЭКС. Со вторичной обмотки трансформатора Т2 АМ-сигнал подается на демодулятор ,М2, причем его синхронная демодуляция осуществляется правляющим сигналом с выхода АК.

Благодаря такой структуре исключается биение частот и обеспечивается восстановление полярности демодулированного напряжения. С выхода ДМ2, включающего фильтр нижних частот (ФНЧ), сигнал подается на ОУ. Отрицательная ОС через демодулятор ДМ1 охватывает усилитель и обеспечивает высокую линейность передачи сигнала. Изолирующий барьер создается пространственно разнесенными обмотками тороидальных трансформаторов, залитых эпоксидным компаундом.

Проходная емкость трансформаторов не превышает 5 пФ, а испытательное напряжение Uисп = 4000 В. <.p>

Лучшие характеристики имеет РУ на двух трансформаторах в гибридном исполнении фирмы "Analog Devices". Усилитель типа 2861 имеет размеры 38x38x15,8 мм, K ос.сф. ПО дБ и нелинейность менее ± 0,05%.

Недостатком гибридных интегральных микросхем, в которых применены трансформаторы, является то, что они сложны в производстве, так как их монтаж переуплотнен.

Интернет магазин спортивных товаров Атлетико предлагает спортивные тренажеры оптом Ключевые слова. Широкий ассортимент спортивного оборудования и тренажеров, невысокие цены, качественная продукция.

 
« Пред.   След. »
 
 
Rambler's Top100