Выбор и расчет полосового фильтра Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители, содержащие RС-цепи, включенные так, что у усилителя появляются избирательные свойства. При их применении удается обойтись без громоздких, дорогостоящих и нетехнологичных катушек индуктивности и создать низкочастотные фильтры в микроэлектронном исполнении, в которых основные параметры могут быть изменены с помощью навесных резисторов и конденсаторов.  а б Рисунок 7 – Полосовой фильтр При объединении фильтров низких и высоких частот получается полосовой фильтр (рисунок 7, а), имеющий логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) (рисунок 7, б). Полосовой фильтр - это схема, рассчитанная на пропускание сигналов только в определенной полосе частот и режекцию (подавление) сигналов за пределами этой полосы. Фильтр такого типа дает на выходе максимальное напряжение только на одной частоте, называемой резонансной частотой . Если частота сигнала отличается от резонансной, выходное напряжение уменьшается. Полоса частот между верхней частотой среза и нижней частотой среза есть полоса пропускания В.  Отношение частоты резонанса к полосе пропускания называется коэффициентом добротности (добротностью) Q схемы. Q характеризует избирательность схемы. В формульном виде:   Передаточные функции простейших фильтров представляют собой уравнения первого порядка, поэтому и фильтры называются фильтрами первого порядка. Коэффициент усиления у них уменьшается с частотой на 20 дБ/дек. Простейшие активные фильтры имеют малую крутизну спада ЛАЧХ, что свидетельствует о плохих избирательских свойствах. Для улучшения избирательности нужно повышать порядок передаточных функций за счет введения дополнительных RC-цепей или последовательного включения идентичных активных фильтров. На практике наиболее часто используют ОУ с цепями ОС, работа которых описывается уравнениями второго порядка. При необходимости повысить избирательность системы отдельные фильтры второго порядка включают последовательно.  Рисунок 8 – Схема включения полосового фильтра Активный полосовой фильтр второго порядка приведен на рисунке 8. У него при соответствующем подборе номиналов резисторов и конденсаторов наклон асимптот 40 дБ/дек. В полосовом фильтре имеются элементы фильтров низких и высоких частот. Передаточная функция этого фильтра равна: . Для полосового фильтра резонансная частота: .  Рисунок 9 – График резонансной частоты Изобразим одну из типичных реальных характеристик (рисунок 9). Через ω1 и ω2 обозначены две частоты среза, ω0 - средняя частота. Она определяется выражением: . В ходе дипломного проектирования используется активный полосовой фильтр второго порядка с полосой пропускания от 10 до 30 Гц. Рассчитаем номиналы резисторов для фильтра. Фильтр построен на основе операционного усилителя К140УД17. ω1=10 Гц; ω2=250 Гц; ω0= Гц; ω0= . 50= ; R1=10 кОм; R2=10 кОм; R3=60 кОм; C1=1,15 мкФ; C2=1,15 мкФ. Таким образом, для схемы электрической принципиальной выбираем следующие элементы: резисторы НР1-4-9-0,125 – 10 кОм ± 5%, НР1-4-9-0,125 – 60 кОм ± 5%, конденсатор К73-5-250 В – 1,15 мкФ ± 1%, ОУ К140УД17. Анализ погрешностей Погрешность преобразования складывается из погрешности стабилизированного источника питания, нелинейности функции преобразования терморезистора, погрешности преобразования сопротивления в напряжение, погрешности коэффициента усиления ИУ, погрешности АЦ преобразования. Отклонение платинового термометра сопротивления от номинального значения 0,2%, т.е. 0,2% от 500 Ом (1 Ом). Двухжильный кабель, соединяющий с прибором, имеет сопротивление 2 Ом (каждая жила кабеля 1 Ом). Датчик температуры необходимо располагать на некотором расстоянии от элементов прибора. Погрешность из-за разброса значений резисторов моста компенсируется подстроечным резистором R5. Подстроечным резистором R7, регулируется коэффициент усиления ИУ. У операционных усилителей основными источниками погрешности являются: - напряжение смещения нуля (дрейф нуля), Uсм - входные токи, Iвх - разность входных токов, ΔIвх - температурный дрейф напряжения смещения, ΔUсм/Δt оС - температурный дрейф разности входных токов, ΔIвх/Δt оС. Все три ОУ усилителя выполнены на одном кристалле, резисторы подогнаны лазером, поэтому суммарная погрешность, вызванная дрейфом напряжения смещения нуля и разности входных токов всех трех ОУ, составляет порядка менее 0,01%. АЦП КР572ПВ2 обеспечивают точность автоматической коррекции нуля не хуже 10 мкВ и дрейф нуля 1 мкВ/оС. Общая погрешность прибора составляет менее 1,0 %. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящее время существует множество различных аппаратов. Как мы видим, развитие медицинской техники происходит очень быстро. Автоматизация процессов в медицине становится все более совершеннее. Как мы смогли увидеть, проводить анализ в настоящее время стало намного проще и быстрее. Это плюс не только для пациентов, но и для работников медицины. Ведь самое главное, что могут дать анализаторы – точность полученных результатов измерения, а это очень важно для дальнейшего лечения организма. Единственная проблема для медицины в России – цена на аппаратуру. К сожалению, не все больницы и лаборатории нашей страны могут позволить приобрести высококлассную технику. «Какой будет клиническая лаборатория XXI века и что нужно и можно сделать сегодня, чтобы достойно войти в новое тысячелетие?», - задавали мы себе такие вопросы, надеясь войти в новый век достойно, признав, что достигли многого! Что из сегодняшних методов исследований и оборудования мы взяли в XXI век, а что оставили в уходящем столетии? Эти вопросы сегодня задает себе каждый заведующий лабораторией. Решая задачи оснащения клинико-диагностических лабораторий и снабжения их всем спектром расходных материалов, все стараются предложить самую современную технику и реагенты, учитывая следующие факторы: - прибор должен быть современным; - по цене прибор должен быть доступен обычной больнице и поликлинике; - прибор должен быть надежным и не требовать частого инженерного обслуживания; - прибор должен работать на недорогих реагентах. Действительно, очень многие анализаторы удовлетворяют этим требованиям. |