Зуев-106 (Домашнее задание вариант 106)

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

__________________________________________________________________________

Домашнее задание

по курсу

“Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы”.

Выполнил: Зуев А.А.

Группа: БМТ1-71

Проверил: Карпухин В.А.

Москва

2008

Условие.

ВАРИАНТ №106

И сследовать схему источника тока канала измерения кожно-гальванической реакции по Фере с использованием программы MICROCAP для тока IRn=4 мкА.

Рассчитать элементы схемы для указанного тока, построить зависимость IRn=f(t) и найти дифференциальное выходное сопротивление при изменении следующих параметров:

Uсм ±60%; Iвх ±80%; А ±1000%; RoutDC ±80%; t°C=10,25,35;

для операционных усилителей Х1 1435УД1, 140УД20, 140УД282

Исследовать влияние разброса параметров резисторов R1…R4 на значение выходного тока методом Монте-Карло.

В выводах должны содержаться количественные данные по относительному изменению выходного дифференциального сопротивления при относительном изменении каждого исследуемого параметра.

Решение.

Расчет параметров схемы.

Сопротивление физически соответствует сопротивлению участка биоткани или биообъекта и составляет несколько сотен кОм. Примем .

По закону Ома падение напряжения в ветви с сопротивлением :

Для ОУ1 Х1 в соответствии с принципом суперпозиции можно записать:

;

Т.к. входной ток ОУ практически равен нулю, то , тогда:

Аналогично:

,

т.к. .

Тогда для имеем:

,

где , .

Если соотношение, полученное на основе вычисления выходного напряжения ОУ1, продифференцировать по и выразить производную от выходного напряжения (т.е. выходное дифференциальное сопротивление), получим соотношение:

.

Тогда для сопротивления можно записать:

,

где - выходное дифференциальное сопротивление.

Примем, что выходное дифференциальное сопротивление составляет:

.

Тогда для определения значений параметров , и имеем 2 уравнения. Из них выразим и как функции аргумента . Тогда значения получаются отрицательными во всем диапазоне значений (больше или равных 1), что свидетельствует о неверном выборе направления выходного тока. Если задать значение выходного тока , то зависимости и от примут следующий вид:

Рис. 2. Графики зависимостей и для определения номиналов элементов схемы.

Чтобы в схеме было больше элементов с одинаковыми номиналами, примем , тогда , . Отсюда назначим . Полученная схема с результатами расчета по постоянному току представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема с назначенными значениями номиналов и результатами расчета по постоянному току.

1. Поставим ОУ LM3900, аналоги ОУ 1435УД1. Тогда значения выходного дифференциального сопротивления для указанных значений параметров ОУ и температуры приведены на рис. 4-8. Частотный диапазон от 0 до 10 Гц, характерный для исследований КГР.

Рис. 4. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений напряжения смещения Uсм ±60%.

Рис. 5. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации входного тока Iвх ±80%.

Рис. 6. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации коэффициента усиления постоянного тока А ±1000%.

Рис. 7. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации выходного сопротивления по постоянному току RoutDC ±80% (при этом должно соблюдаться условие Ом).

Рис. 8. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений температуры t°C=10,25,35.

2. Поставим ОУ UA747, аналоги ОУ 140УД20. Тогда значения выходного дифференциального сопротивления для указанных значений параметров ОУ и температуры приведены на рис. 9-12.

Рис. 9. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений напряжения смещения Uсм ±60%.

Рис. 10. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации входного тока Iвх ±80%.

Рис. 11. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации коэффициента усиления по постоянному току А ±1000%.

Рис. 12. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации выходного сопротивления по постоянному току RoutDC ±80%.

Рис. 13. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений температуры t°C=10,25,35.

3. Поставим ОУ LF442, аналог ОУ 140УД282. Тогда значения выходного дифференциального сопротивления для указанных значений параметров ОУ и температуры приведены на рис. 14-18.

Рис. 14. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений напряжения смещения Uсм ±60%.

Рис. 15. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации входного тока Iвх ±80%.

Рис. 16. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации коэффициента усиления по постоянному току А ±1000%.

Рис. 17. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации выходного сопротивления по постоянному току RoutDC ±80%.

Рис. 18. Частотная характеристика выходного дифференциального сопротивления при вариации значений температуры t°C=10,25,35.

Результаты анализа по методу Монте-Карло при вариации номиналов сопротивлений R1-R4 (см. рис. 1) в 20% и Гауссовом распределении значения тока лежат в диапазоне (рис. 19).

Рис. 19. Результаты анализа по методу Монте-Карло при вариации номиналов сопротивлений R1-R4 в 20% и Гауссовом распределении, изображены значения выходного тока.

1435УД1 (LM3900)
Параметр	Значение
– 60%	0.4 мВ	3.057 ГОм	0
	1 мВ	3.057 ГОм	0
+ 60%	1.6 мВ	3.057 ГОм	0
– 80%	0.2 нА	3.035 ГОм	0.01%
	1 нА	3.057 ГОм	0
+ 80%	1.8 нА	3.078 ГОм	0.01%
– 100%	1	439.18 кОм	85.6%
	200k	3.057 ГОм	0
+ 1000%	2.2M	3.368 ГОм	10.2%
– 33%	50.1 Ом	3.057 ГОм	0
	75 Ом	3.057 ГОм	0
+ 80%	135 Ом	3.056 ГОм	0
T	10 °C	3.057 ГОм	0
T	25 °C	3.055 ГОм	0
T	34.5 °C	3.055 ГОм	0

140УД20 (UA747)
Параметр	Значение
– 60%	0.4 мВ	1.852 ГОм	0
	1 мВ	1.852 ГОм	0
+ 60%	1.6 мВ	1.852 ГОм	0
– 80%	4 нА	1.848 ГОм	0.02%
	20 нА	1.852 ГОм	0
+ 80%	36 нА	1.856 ГОм	0.02%
– 100%	1	409.983 кОм	77.8%
	200k	1.852 ГОм	0
+ 1000%	2.2M	1.968 ГОм	6.4%
– 33%	50.1 Ом	1.852 ГОм	0
	75 Ом	1.852 ГОм	0
+ 80%	135 Ом	1.852 ГОм	0
T	10 °C	1.852 ГОм	0
T	25 °C	1.852 ГОм	0
T	35 °C	1.852 ГОм	0

140УД282 (LF442)
Параметр	Значение
– 60%	0.4 мВ	14.094 ГОм	0.01%
	1 мВ	14.092 ГОм	0
+ 60%	1.6 мВ	14.091 ГОм	0.01%
– 80%	1 пА	14.102 ГОм	0.07%
	5 пА	14.092 ГОм	0
+ 80%	9 пА	14.141 ГОм	0.35%
– 100%	1	500.172 кОм	96.5%
	200k	14.092 ГОм	0
+ 1000%	2.2M	22.903 ГОм	62.5%
– 33%	50.1 Ом	14.133 ГОм	0.29%
	75 Ом	14.092 ГОм	0
+ 80%	135 Ом	14.12 ГОм	0.20%
T	10 °C	14.179 ГОм	0.06%
T	25 °C	14.12 ГОм	0.20%
T	35 °C	14.011 ГОм	0.57%

Рис. 20. Схема источника тока канала измерения кожно-гальванической реакции.

14