Разработка усилителя для ЭКГ в спортивной медицине

Входное сопротивление каскадаоснове операционного усилителявключенного по схеме инвертирующего усилителя всегда выше внутреннего сопротивления ОУ и может быть найдено по выражению:где - внутреннее сопротивление микросхемы (справочный параметр),- коэффициент передачи обратной связи,- коэффициент усиления микросхемы без обратной связи (справочный параметр).Таким образом, входное сопротивление усилительного каскада составляет:Для того, что бы реализовать заданную величину входного сопротивления, вход усилителя нужно зашунтировать сопротивлением R3 (подключить параллельно входу). В этом случае будет составлять:Зададим значение резистора (1.1 МОм)Тогда величина входного сопротивления каскада составит:Выходное сопротивление реального усилительного каскада всегда меньше выходного сопротивления микросхемы:где - сопротивление выхода микросхемы,Для реализации требуемого выходного сопротивления усилителя необходимо, чтобы выходное сопротивление микросхемы составляло:Для реализации требуемого выходного сопротивления микросхемы в выходную цепь микросхемы последовательно включаем резистор R4:Резистор R4 также будет являться защитой выхода микросхемы от короткого замыкания.Сопротивление нагрузки проектируемого усилителя по заданию составляет 500 Ом. При выходном сигнале 1 В, ток в нагрузке будет равен:Для ИМС К140УД1А предельный выходной ток на основании справочных данных составляет 3 мА, что превышает расчетный.Микросхема К140УД1А получает питания от двухполярного стабилизированного источника питания напряжением . Так как по заданию напряжение источника питания ,то для питания усилителя целесообразно применить параметрические стабилизаторы R6V1 и R7V2. Стабилитроны V1 и V2с напряжением стабилизации 12 13 В и током стабилизации 10 20 мА. Для этого подойдут стабилитроны КС212, КС213 или КС512, КС513.Балластные резисторы R6 и R5 при падении напряжения на них:обеспечивают ток порядка 15 мА (0.015 А) и имеют сопротивление равное:5.2 Расчет АЦПИсходные данные:ОтносительнаяпогрешностьизмеренияВерхняя частота полосыпропускания ОУ ;Ожидаемоемаксимальноенапряжение;СреднеенапряжениепомехНапряжение сигнала на входе ОУ Число отведений l = 4Рассчитаем число разрядов АЦПРассчитаем требуемоеколичество разрядов кода nm из условий заданной точностиОкругляем число разрядов в сторону большего целого числаnm = 61) С целью проверки выбора по помехам и шумам. Для расчета принимаем следующие исходные данные:Уровень собственных шумов на входе ОУ определяем по выражению:Для расчета задаем величину плотности шумов для металлопленочных резисторов группы Уровень шума резисторов на входе:Рассчитаем среднее значение величины помех на входе канала по выражению:2) Определяем коэффициент усиления канала:Вычисляем требуемое число разрядов АЦП с учетом величины всех помех:Окончательно принимаем nш = 3. Поскольку помехи и шумы достаточно велики относительно уровня сигнала, то цклксообразно принять специальные меры по снижению их влияния. Таким образом,выполним пересчет количества разрядов с учетом коэффициента подавления помех по выражению:Принимаем количество разрядов nш = 6.Разработка общих параметров многоканального цифрового кардиографа1) Рассчитаемколичество дискретных выборок m за одну секунду при цифровом преобразовании сигнала кардиограммы по одному отведению:нужно выбрать так, чтобы было проще отсчитывать текущее время, т.е. кратное 50 Гц.2) Определяем число точек Кт цифрового преобразователя приходящихся на один короткий зубец ЭКГ с длительностью τ = 0,05 сек.:3) Определяем уровень временного интервала Тп на ЭКГ между преобразованиями на одном отведении согласно формуле:4) Определяем частоту fп задающего генератора для количества отведений l = 2:при этом период сигнала задающего генератора Тгуменьшается с ростом числа отведений l и составляет:5) Оценим время τпр, которое требуется для выполнения цифрового преобразования в одной точке ЭКГ:где: – время преобразования схемой АЦП; – время обращения к ОЗУ; с -длительность преобразования логическими схемами;-длительность задержки сигнала на одной схеме.6) Предельное число выборок Nв цифрового преобразования в единицу времени составляет:7) Максимальная частота преобразования по одному отведению при l = 2:Эта частота достаточно велика и превышает выбранную в требуемую частоту преобразования.5.2 Расчет схемы фильтраПроизведем расчет активного фильтра, представленного на рисунке 4.2Передаточная функция:Параметры схемыОпределим требуемые номиналы элементов. Зададимся В ходе выполнения курсового проектирования используется активный полосовойфильтр второго порядка с полосой пропускания от 0,5 до 30 Гц. Рассчитаемноминалы резисторов для фильтра. Фильтр построен на основе операционного усилителя имеет частоты среза.; ;Из приведенных выше соотношений определяем следующие номиналы элементов:ЗаключениеВ рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.В данной работе был разработан портативный электрокардиограф. В ходе проектирования была изучена литература по кардиологии и работе сердца, так же были рассмотрены уже существующие на рынке кардиографы. Для создания электрокардиографа была разработана принципиальная схема, изучены все нормативные документы и куплены необходимые элементы.При необходимости устройство может быть легко модернизировано в систему контроля и управления различными параметрами в соответствии с типом подключаемых датчиков.Данный кардиограф имеет небольшие размер и массу, что позволяет носить его на человеке для ведения непрерывной записи ЭКГ в течение нескольких часов. Следует заметить, что электрокардиограф можно усовершенствовать, установив дисплей с показаниями электрокардиограммы в режиме реального времени, либо добавив в него функцию контроля артериального давления.Разработка бюджетного портативного кардиографа является перспективной идеей, так как устройства, помогающие исследовать здоровье и диагностировать болезни, всегда актуальны. Список использованной литературыТрамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.Е.Я. Швец, Н.Г. Сидоренко. Методические указания к выполнению курсового проекта "Расчет функциональных узлов электрокардиографов" по дисциплине Цифроваясхемотехника. - З. 2002 г.В.В. Мурашко, А.В. Скрутинский. Электрокардиография - М. 1987 г.Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. М. 1990 г.Клиническая электрокардиография. 2001 г.Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.