运算放大器

2020/1/201教育部智慧電子跨領域應用專題課程生醫監控晶片​系統DepartmentofElectricalEngineeringNationalChengKungUniversityTainan,Taiwan,R.O.C.Apr2012NDT&NBMISLAB2020/1/202/26OutlineNDT&NBMISLAB□ECGIntroduction□ECGCircuitDesign□Q&A2020/1/203/26ECGIntroductionSAnode產生的訊號至P點心室去極化，接著訊號經由左心房傳遞到房室結（AVnode）將停滯約1/10秒（如上圖黃色部份），待血液填充心房後，訊號經由神經纖維傳遞，Q點之後傳遞訊號使心房收縮（R點），在S點後等待細胞去極化（T點）準備下一個週期的運作。NDT&NBMISLAB2020/1/204/26ECGIntroductionNDT&NBMISLAB2020/1/205/26ECGIntroductionBaseline缺血—tallorinvertedTwave(infarct),STsegmentmaybedepressed(angina)損傷—elevatedSTsegment,Twavemayinvert梗塞(急性)—abnormalQwave,STsegmentmaybeelevatedandTwavemaybeinverted梗塞(時間不知）—abnormalQwave,STsegmentandTwavereturnedtonormalNDT&NBMISLABAtypicalECGsignalprofilewiththetimingofcomponentsdefined2020/1/206/26測量方法LeadI=左手電位與右手電位之差=LA–RALeadII=左腳電位與右手電位之差=LL–RALeadIII=左腳電位與左手電位之差=LL–LA通常我們取右腳為參考接地，這是因為右腳離心臟最遠，所以電位變化最小。NDT&NBMISLAB2020/1/207/26ECG量測●心電圖量測系統時的生理雜訊干擾●以下簡單介紹二種生理雜訊的產生與解決方法-Offsetpotential-電極片與人體皮膚接觸的介面之間產生的一直流電位。解決方法：(1)把皮膚的表皮磨去(用酒精擦拭亦可)。(2)使用乾淨的電極片並且貼牢人體皮膚。(3)選擇設計良好的電極片。NDT&NBMISLAB2020/1/208/26ECGCircuitDesignNDT&NBMISLAB2020/1/209/26ECGCircuitDesignNDT&NBMISLAB2020/1/2010/26ECGCircuitDesignNDT&NBMISLAB電池電源電路濾波+放大電路儀表放大2020/1/2011/26電路說明-電源電路說明：利用一顆9V電池和UA741做出正負4.5V的電壓,供應一開始訊號放大使用。NDT&NBMISLAB2020/1/2011/26電路說明-儀表放大器NDT&NBMISLAB說明：RG=1KΩ，Gain=1+50=51，電極訊號經過INA128後，放大51倍。2020/1/2012/26電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、Q值及增益因子。其截止頻率約為0.5Hz，品質因子約為0.635，增益因子約為1.425。(a)(b)(c)NDT&NBMISLABGFHRRK1)()1(212212121CCRKCRCCRRQHH212121CCRRfH2020/1/2013/26電路說明-二階High-pass電路及非反相放大器電路先通過一高通濾波器後再由非反相放大器放大生理訊號。非反相放大器之增益為可變增益，我們將調變增益來取得適當的生理訊號。NDT&NBMISLAB2020/1/2014/26電路說明-二階Low-pass電路利用公式(a)、(b)、(c)可以計算出元件的相關尺寸、Q值及增益因子。其截止頻率約為40Hz，品質因子約為0.635，增益因子約為1.425。(a)(b)(c)NDT&NBMISLABGFLRRK1)()1(212212121CCRKCRCCRRQLL212121CCRRfL2020/1/2015/26電路說明-二階Low-pass電路藉由通過一低通濾波器來降低40Hz以上的高頻生理訊號。NDT&NBMISLAB2020/1/2016/26電路說明-Notch電路Notch電路主要用來截止市電所產生的雜訊(60Hz)由於市電雜訊頻率約為60Hz，故設計此電路之截止頻率為60Hz。由下列公式可以得到其截止頻率約為60Hz。公式：NDT&NBMISLABRCfc212020/1/2017/26CMRR頻率AdAcCMRRCMRR(dB)DC404.74m844078.50.05XXXX0.1504.74m1054880.50.5524.74m1097080.81544.74m1139281.15524.74m1097080.810524.74m1097080.850524.74m1097080.8100524.74m1097080.8500524.74m1097080.8500HzNDT&NBMISLAB2020/1/2018/26實驗結果P:心房收縮QRS:心室收縮T:心室舒張PQRSTNDT&NBMISLAB2020/1/2019/26Q&ANDT&NBMISLAB1.CMRR(INA128)量測2.濾波器(HPF、LPF、Notch)驗證3.請說明參考接地之重要性4.請說明比較60Hz帶拒濾波器接或不接之訊號2020/1/2020/26-補充資料-NDT&NBMISLAB運算放大器特性及放大器‧了解運算放大器特性‧建立運算放大器之頻率響應曲線2020/1/2021/26運算放大器(OP,OperationAmplifer)NDT&NBMISLAB具有很大之開路增益常用於閉迴路(負迴授)放大一般常需雙電源具有差動輸入端對雜訊有很好之抵抗能力用途：1.放大小信號2.濾波器3.振盪器4.比較器5.隔離及緩衝器理想運算放大器1.輸入阻抗無窮大2.頻寬無窮大3.輸出阻抗=04.放大倍率無窮大2020/1/2022/26規格NDT&NBMISLAB輸入補償電壓:，理想上當輸入電壓為0時輸出為0，實際約小於2mv輸入偏壓電流:輸入補償電流:理想實際上不同稱輸入補償電流2020/1/2023/26共模拒斥比(CMRR)及迴轉率(SlewRate)NDT&NBMISLAB共模拒斥比(CMRR,Common-ModeRejectionRatio):OP排除共模信號能力之衡量標準(愈大愈好)，理想為無窮大，在兩輸入端輸入相同信號時輸出為0另一定義:開路增益與共模增益比迴轉率(SlewRate):將步級信號加在輸入端，此時輸出電壓之最大變化率稱為迴轉率，愈大表示頻寬愈大。2020/1/2024/26特性量測NDT&NBMISLAB共模互斥比(CMRR)量測如圖電路，其中電阻須準確2020/1/2025/26反相放大器及頻率響應及開迴路及閉迴路放大器頻率響應NDT&NBMISLAB反相放大器及頻率響應假設條件1.理想放大器2.開路放大增益Ao1開迴路及閉迴路放大器頻率響應當輸出/輸入之信號比小到基準值之0.707倍時此頻率稱為轉折頻率2020/1/2025/26電阻色碼表NDT&NBMISLAB2020/1/20ThankYouforYourAttention!NDT&NBMISLAB