Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε

Transcript

1 Ιατρικά Ηλεκτρονικά Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Σημειώσεις μαθήματος: E mail: pasv@teiath.gr 2 1

2 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Ένας τελεστικός ενισχυτής έχει πολύ μεγάλο κέρδος τάσης, το οποίο συνήθως κυμαίνεται από 100dB έως 140dB. Το γεγονός αυτό τον καθιστά πρακτικά μη χρησιμοποιήσιμο για ενίσχυση σημάτων, καθώς όσο μικρό και εάν είναι ένα σήμα εισόδου, ηέξοδοςθαείναικοντάστημέγιστηθετικήή μέγιστηαρνητικήτάσητροφοδοσίας(κορεσμός saturation). Για τον λόγο αυτόν, όταν ένας Τ.Ε. πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για ενίσχυση, χρησιμοποιείται σε συνδεσμολογίες κλειστού βρόχου (closed loop) με αρνητική ανάδραση (negative feedback). Στην αρνητική ανάδραση, μία αντίσταση συνδέεται ανάμεσα στην έξοδο και στην αναστρέφουσα είσοδο του Τ.Ε. 3 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΗγενικήδομήενόςκυκλώματοςενίσχυσηςμεΤ.Ε. φαίνεται στη εικόνα. Οι αντιστάσεις και ρυθμίζουν το κέρδος του κυκλώματος, Ηαντίσταση δημιουργεί την αρνητική ανάδραση. 4 2

3 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Η αρνητική ανάδραση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα: Ρύθμιση του κέρδους τάσης κατά βούληση, αλλάζοντας τις τιμές παθητικών στοιχείων (συνήθως αντιστάσεις) Tο κέρδος τάσης γίνεται λιγότερο ευαίσθητο σε μεταβολές των τιμών των στοιχείων που απαρτίζουν τον ενισχυτή. Ελαχιστοποίηση της επίδρασης ανεπιθύμητων ηλεκτρικών σημάτωνπουπαράγονταιαπόταίδιαταστοιχείατουενισχυτήή λόγω εξωτερικών παρεμβολών στο σήμα εξόδου. Οι τιμές των αντιστάσεων εισόδου και εξόδου μπορούν να διαμορφωθούν κατά βούληση με επιλογή κατάλληλης τοπολογίας ανάδρασης. Επέκταση του εύρους ζώνης 6 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Κατά την ανάλυση κυκλωμάτων Τ.Ε. με αρνητική ανάδραση χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι βασικοί κανόνες: Κανόνας 1: Καθώς το κέρδος τάσης ανοιχτού βρόχου ενός Τ.Ε. είναι πολύ μεγάλο, η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους δύο ακροδέκτες εισόδου θεωρείται μηδενική. Κανόνας 2: Το ρεύμα στις εισόδους ενός T.E. θεωρείται μηδενικό 0 0Α 7 0Α 3

4 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Οι δύο βασικές ενισχυτικές διατάξεις είναι: o αναστρέφων ενισχυτής (inverting amplifier) o μη αναστρέφων ενισχυτής (non inverting amplifier) Αναστρέφων ενισχυτής (inverting amplifier) Μη αναστρέφων ενισχυτής (inverting amplifier) 8 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Ο αναστρέφων ενισχυτής παράγει τάση εξόδου, η οποία έχει διαφορά φάσης 180 σε σχέση με την τάση εισόδου. Για τον υπολογισμό του κέρδους τάσης βρόχου, η διαδικασία έχει ως εξής: Από τον κανόνα 1, η τάση στους δύο ακροδέκτες εισόδους του Τ.Ε. είναι ίδια και ίση με 0V. 0V 0V 9 4

5 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση είναι Από τον κανόνα 2 δεν υπάρχει ρεύμα στους ακροδέκτες του Τ.Ε.. Άρα το ρεύμα από την αντίσταση περνάει εξ ολοκλήρου στην αντίσταση και άρα Εξισώνοντας τις δύο εκφράσεις για το ρεύμα, προκύπτει εύκολα ότι: 0V 0V 10 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Επομένως το κέρδος τάσης καθορίζεται αποκλειστικά από τον λόγο των δύο αντιστάσεων. Το στην έκφραση του κέρδους υποδηλώνει διαφορά φάσης 180 ανάμεσα στην είσοδο και στην έξοδο. 11 Παράδειγμα αναστρέφοντος ενισχυτή με κέρδος τάσης 48 (σε απόλυτη τιμή). Παρατηρείται διαφορά φάσης 180 μεταξύ τάσης εισόδου (κίτρινο χρώμα) και τάσης εξόδου (μπλε χρώμα). 5

6 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Εάν το κέρδος τάσης ή το σήμα εισόδου (ή καιταδύο) είναι αρκετά υψηλά ώστε το σήμα εξόδου να ξεπερνά τις τάσεις τροφοδοσίας, το σήμα εξόδου θα ψαλιδιστεί. Στην περίπτωση αυτή, οενισχυτήςλέγεταιότιείναισεκορεσμό (saturation). 12 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ AC σήματα Στην περίπτωση που ο αναστρέφων ενισχυτής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για ενίσχυση μόνο ac σημάτων, συνήθως τοποθετείται ένα πυκνωτής ανάμεσα στην πηγή σήματος και στην αντίσταση. Ένας εμπειρικός κανόνας για τον υπολογισμό της χωρητικότητας του πυκνωτή είναι: 10 2 όπου είναι η συχνότητα του σήματος εισόδου (ή ημικρότερησυχνότητά του, εάν το σήμα εισόδου απαρτίζεται από πολλές συχνότητες). 13 6

7 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντιστάθμιση ρεύματος πόλωσης Στην ανάλυση που προηγήθηκε, θεωρήθηκε ότι το ρεύμα στους ακροδέκτες του Τ.Ε. είναι αμελητέο. Στην πράξη όμως, είναι πολύ μικρό αλλά όχι μηδενικό και μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητη dc συνιστώσα, ειδικά εάν χρησιμοποιούνται μεγάλες τιμές αντιστάσεων. Η αντιστάθμιση αυτής της ανεπιθύμητης συνιστώσας μπορεί να γίνει βάζοντας στον μη αναστρέφοντα ακροδέκτη μία αντίσταση με τιμή ίση με τον παράλληλο συνδυασμό των και. 14 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντίσταση εισόδου Ένα μειονέκτημα του αναστρέφοντος ενισχυτή είναι ότι είναι δύσκολοτοκέρδοςτάσηςναείναισχετικάυψηλό(π.χ. 100) και ταυτόχρονα η αντίσταση εισόδου να έχει μεγάλη τιμή. Eξ ορισμού, η αντίσταση εισόδου είναι ο λόγος της τάσης της πηγής εισόδου προς το ρεύμα που δίνει η πηγή εισόδου στο κύκλωμα. Πρακτικά, στοσυγκεκριμένοκύκλωματορεύμα που δίνει η πηγή εισόδου ισούται με το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση και επομένως η αντίσταση εισόδου είναι η. Συνεπώς, εάν για παράδειγμα απαιτείται αντίσταση εισόδου 10MΩ κέρδος τάσης κλειστού βρόχου 100, τότε πρέπει 10MΩ και 1GΩ, η οποία είναι πρακτικά δύσκολο να βρεθεί στο εμπόριο. 15 7

8 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντίσταση εισόδου Για να κατανοηθεί καλύτερα, η επίδραση της χαμηλής αντίσταση εισόδου, έστω το απλό κύκλωμα του διαιρέτη τάσης που δείχνει το σχήμα με δύο ίσες αντιστάσεις 1kΩ. Τότε η τάση εξόδου του διαιρέτη τάσης είναι Επομένως, εάν η τάση αυτή τροφοδοτηθεί σε έναν αναστρέφοντα ενισχυτή με κέρδος τάσης κλειστού βρόχου 100, τότε θεωρητικά η τάση εξόδου του ενισχυτή θα έπρεπε να είναι 50. 1kΩ 2 1kΩ 16 ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντίσταση εισόδου Εάν για την ενίσχυση χρησιμοποιηθεί το κύκλωμα του σχήματος, τότε λόγω της χαμηλής αντίστασης εισόδου του αναστρέφοντος ενισχυτή ( 1kΩ), θα είναι και η 33,3. τάση εξόδου θα ισούται με 100 Συνεπώς, όταν πρόκειται να συνδεθεί ο συγκεκριμένος ενισχυτής στην έξοδο κάποιου κυκλώματος, θα πρέπει η αντίσταση να είναι τουλάχιστον δέκα φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση εξόδου του προηγούμενου κυκλώματος. 100kΩ 1kΩ Α 1kΩ 1kΩ 17 8

9 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Ο μη αναστρέφων ενισχυτής παράγει τάση εξόδου, ηοποίαδενέχει διαφορά φάσης σε σχέση με την τάση εισόδου Για τον υπολογισμό του κέρδους τάσης βρόχου, ακολουθείται η ίδια διαδικασία με πριν: Από τον κανόνα 1, η τάση στους δύο ακροδέκτες εισόδους του Τ.Ε. είναι ίδια και ίση με. 23 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση είναι Από τον κανόνα 2, το ρεύμα από την αντίσταση περνάει εξ ολοκλήρου στην αντίσταση και άρα Εξισώνοντας τις δύο εκφράσεις για το ρεύμα, προκύπτει εύκολα ότι: 24 9

10 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Επομένως, όπως και πριν το κέρδος τάσης καθορίζεται αποκλειστικά από τον λόγο των δύο αντιστάσεων. Παράδειγμα μη αναστρέφοντος ενισχυτή με κέρδος τάσης 46. Δεν παρατηρείται διαφορά φάσης μεταξύ τάσης εισόδου (κίτρινο χρώμα) και τάσης εξόδου (μπλε χρώμα). 25 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Κέρδος Στην περίπτωση που ο ενισχυτής έρθει σε κορεσμό (saturation), το σήμα εξόδου θα ψαλιδιστεί

11 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ AC σήματα Εάν ο μη αναστρέφων ενισχυτής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί μόνο για ενίσχυση ac σημάτων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το επόμενο κύκλωμα. Η τιμή της αντίστασης και της χωρητικότητας υπολογίζονται εμπειρικά με βάση τη σχέση: 10 2 όπου είναι η συχνότητα του σήματος εισόδου (ή ημικρότερησυχνότητάτου, εάν το σήμα εισόδου απαρτίζεται από πολλές συχνότητες). 27 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντιστάθμιση ρεύματος πόλωσης Όπως και στην περίπτωση του αναστρέφοντος ενισχυτή, η αντιστάθμιση της ανεπιθύμητης συνιστώσας λόγω των μη μηδενικών ρευμάτων στους ακροδέκτες του Τ.Ε. γίνεται βάζοντας στον μη αναστρέφοντα ακροδέκτη μία αντίσταση με τιμή ίση με τον παράλληλο συνδυασμό των και

12 ΜΗ ΑΝΑΣΤΡΕΦΩΝ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Αντίσταση εισόδου Ο μη αναστρέφων ενισχυτής δεν παρουσιάζει το μειονέκτημα της χαμηλής αντίστασης εισόδου του αναστρέφοντος ενισχυτή. Συγκεκριμένα, καθώς η πηγή εισόδου συνδέεται απευθείας στον μη αναστρέφοντα ακροδέκτη του Τ.Ε., το ρεύμα της πηγής είναι πάρα πολύ μικρό, με αποτέλεσμα η αντίσταση εισόδου να είναι πολύ μεγάλη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μπορεί να συνδεθεί άφοβα οποιοδήποτε κύκλωμα στην είσοδο του T.E ΑΠΟΜΟΝΩΤΗΣ Ειδική περίπτωση του μη αναστρέφοντος ενισχυτή αποτελεί οαπομονωτής(buffer) ήακόλουθοςτάσης (voltage follower) Το κύκλωμα αυτό έχει κέρδος τάσης 1 και χρησιμοποιείται για να συνδέσει ένα κύκλωμα υψηλής αντίστασης με ένα κύκλωμα χαμηλής αντίστασης ή 30 12

13 ΑΠΟΜΟΝΩΤΗΣ Για να φανεί η χρησιμότητα του απομονωτή, έστω μια πηγή dc τάσης 9V και έστω ότι επιθυμείται μία τάση 4,5V, ανεξάρτητα από το φορτίο που πρόκειται να τροφοδοτηθεί. Ο πιο απλός τρόπος για να γίνει αυτό είναι να χρησιμοποιηθεί ένας διαιρέτης τάσης με δύο ίσες αντιστάσεις (π.χ. 10kΩ) 9V 31 ΑΠΟΜΟΝΩΤΗΣ Το κύκλωμα αυτό έχει το μειονέκτημα ότι η τάση εξόδου εξαρτάται από το φορτίο που θα συνδέσουμε στην έξοδο. Αν για παράδειγμα, το φορτίο είναι μία αντίσταση 1kΩ, τότε η τάση εξόδου θα είναι: / 9V 0,75V / 9V 32 13

14 ΑΠΟΜΟΝΩΤΗΣ Η λύση είναι να παρεμβάλλουμε έναν απομονωτή μεταξύ της εξόδου του διαιρέτη τάσης και του φορτίου. 9V 33 ΑΠΟΜΟΝΩΤΗΣ Στην περίπτωση του απομονωτή, η αντιστάθμιση της ανεπιθύμητης συνιστώσας λόγω των μη μηδενικών ρευμάτων στους ακροδέκτες του Τ.Ε. γίνεται βάζοντας στον βρόχο ανάδρασης μία αντίσταση ίση με την αντίσταση εξόδου του κυκλώματος που συνδέεται σε αυτόν. Κύκλωμα με αντίσταση εξόδου 34 14

15 Άσκηση Να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα ενίσχυσης το οποίο να έχει κέρδος +100 και εύρος ζώνης τουλάχιστον 20kHz. Είναι διαθέσιμοι τελεστικοί ενισχυτές OP177. Δίνεται ότι το γινόμενο κέρδους εύρους ζώνης είναι 600kHz. Λύση Αφού η συχνότητα μοναδιαίου κέρδους είναι 600kHz, αν χρησιμοποιηθεί το OP177 σε μία συνδεσμολογία (αναστρέφουσα ή μη αναστρέφουσα) με κέρδος 100, το εύρος ζώνης του κυκλώματος θα είναι περίπου 6kHz, το οποίο είναι εκτός προδιαγραφών. Για το λόγο αυτό, θα πρέπει να σχεδιαστούν δύο ενισχυτικές βαθμίδες με συνολικό κέρδος 100 και η κάθε μία βαθμίδα να έχει εύρος ζώνης τουλάχιστον 20kHz. Για να συμβαίνει αυτό, θα πρέπει κάθε βαθμίδα να έχει κέρδος το πολύ μέχρι 600/20 = 30. Στην περίπτωση που οι δύο συνδεσμολογίες έχουν διαφορετικό εύρος ζώνης, τότε το συνολικό εύρος ζώνης είναι το μικρότερο από τα δύο. Αν όμως, οι συνδεσμολογίες έχουν ακριβώς το ίδιο εύρος ζώνης, BW,τότε αποδεικνύεται ότι το συνολικό εύρος ζώνης θα είναι 0,64 BW. 37 Λύση (συνέχεια) Μια λύση θα ήταν να υπάρχουν δύο μη αναστρέφουσες συνδεσμολογίες με κέρδος 4,3 και 23 αντίστοιχα, οπότε 4,3 23=98,9 Η πρώτη συνδεσμολογία θα είχε εύρος ζώνης 600kHz/4,3 = 139kHz και η δεύτερη συνδεσμολογία θα είχε εύρος ζώνης 600kHz/23 = 26kHz, οπότε εύρος ζώνης θα είναι 26kHz 38 15

16 Λύση (συνέχεια) Εναλλακτικά, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθούν δύο αναστρέφουσες συνδεσμολογίες με κέρδος 10 η κάθε μία, οπότε = 100 Καιοιδύοσυνδεσμολογίαθαείχανεύροςζώνης600kHz/10 = 60kHz, οπότε το εύρος ζώνης του συνολικού κυκλώματος θα είναι kHz = 38,4kHz, περίπου 39 Μετατροπή ρεύματος σε τάση Πολλές φορές χρειάζεται να μετατραπεί το ρεύμα που παράγει ένας αισθητήρας σε τάση, η οποία θα ενισχυθεί και θα οδηγηθεί σε περαιτέρω επεξεργασία. Κλασσικό παράδειγμα αποτελεί η οξυμετρία. Η οξυμετρία είναι μια μη επεμβατική μέθοδος που επιτρέπει την παρακολούθηση της οξυγόνωσης της αιμοσφαιρίνης. Ένας αισθητήρας τοποθετείται σε ένα λεπτό μέρος του σώματος του ασθενούς, συνήθως σε ακροδάκτυλο ή στο λοβό του αυτιού. Ερυθρό φως (660nm) και υπέρυθρο φως (940nm) περνά από τον ασθενή σε ένα φωτοαισθητήρα. Η μεταβαλλόμενη απορρόφηση σε κάθε ένα από τα δύο μήκη κύματος μετριέται, επιτρέποντας τον προσδιορισμό της απορρόφησης που οφείλεται στο παλμικό αρτηριακό αίμα και μόνο, εξαιρώνταςτο φλεβικόαίμα, το δέρμα, οστά, μύες, λίπος

17 Μετατροπή ρεύματος σε τάση Ένα οξύμετρο εκτελεί την ακόλουθη διεργασία: Το φως (ερυθρό ή υπέρυθρο) ανιχνεύεται από το φωτοανιχενυτή (συνήθως φωτοδίοδος). Ο φωτοανιχνευτής παράγει ρεύμα που είναι ανάλογο της έντασης του φωτός. Το ρεύμα μετατρέπεται σε τάση. Η τάση ενισχύεται και φιλτράρεται. Η αναλογική τάση ψηφιοποιείται και μεταφέρεται σε μικροεπεξεργαστή για τον καθορισμό του κορεσμού του οξυγόνου (SpO2). 41 Μετατροπή ρεύματος σε τάση Οξύμετρο Γενικό Μπλοκ διάγραμμα 42 17

18 Μετατροπή ρεύματος σε τάση Η μετατροπή του ρεύματος σε τάση μπορεί να επιτευχθεί με χρήση του ενισχυτή διαντίστασης (transimpendance amplifier). Έστω μία πηγή ρεύματος (π.χ. μία φωτοδίοδος ανάστροφα πολωμένη που παράγει ρεύμα ανάλογα με την ένταση του προσπίπτοντος φωτός). Φωτοδίοδος 43 Μετατροπή ρεύματος σε τάση Με βάση τον κανόνα 2, το ρεύμα της φωτοδιόδου διαρρέει εξ ολοκλήρου την αντίσταση. Με βάση τον κανόνα 1, το ένα άκρο της αντίστασης συνδέεται σε 0V. Με βάση τα παραπάνω, και με χρήση του νόμου του Ohm προκύπτει ότι: Συνήθως το ρεύμα έχει τιμές της τάξης των μα, οπότε η αντίσταση θα πρέπει να είναι της τάξης των ΜΩ. Φωτοδίοδος 44 18

19 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Αναστρέφων αθροιστής με βάρη Εάν όλες οι αντιστάσεις είναι ίσες, προκύπτει ανατρέφων αθροιστής: Εάν 1 προκύπτει κύκλωμα μέσου όρου: 1 45 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Άσκηση Να δημιουργηθεί ένα κύκλωμα που να μετατρέπει ψηφιακό σήμα σε αναλογικό σήμα. Η αναπαράσταση των ψηφιακών τιμών γίνεται με 3 bits, όπου το λογικό 0 αντιστοιχεί σε 0Voltκαι το λογικό 1 αντιστοιχεί σε 5 Volts. Η αναλογική τάση εξόδου πρέπει να είναι μεταξύ 0V για το 000 και 3,5V για το 111. Λύση Είναιγνωστόότιανέχουμεένααριθμόστοδυαδικόσύστημαμε3bits, τότε ο αντίστοιχος αριθμός,, στοδεκαδικόσύστημαπροκύπτει από τη σχέση Συνεπώς, το κύκλωμα που θα μετατρέψει το ψηφιακό σήμα σε αναλογικό μπορεί να γίνει με χρήση ενός αθροιστή με βάρη 3 εισόδων

20 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Λύση (συνέχεια) Έστω 1,2,3 είναι η τάση που αντιστοιχεί στο bit, δηλ. 5, τότε: ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Λύση (συνέχεια) Επειδή για τη δυαδική τιμή 111 (7 στο δεκαδικό σύστημα) θέλουμε να έχουμε τάση 3,5V (κατ απόλυτη τιμή) θα είναι: 4 2 3, ,5 Για παράδειγμα, αν 10Ω, τότε 25Ω 100Ω 50Ω 25Ω 10Ω 48 20

21 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Λύση (συνέχεια) Για να πάρουμε θετικές τιμές, μια λύση θα είναι να συνδέσουμε στην έξοδο του αθροιστή ένα αναστρέφοντα ενισχυτή με κέρδος 1. 10Ω 100Ω 100Ω 50Ω 100Ω 25Ω 49 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Μη αναστρέφων αθροιστής με βάρη: 1 Εάν όλες οι αντιστάσεις είναι ίσες: 50 21

22 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Άσκηση Έστω ένα αναλογικό σήμα που μεταβάλλεται από 50mV έως 800mV. Το σήμα πρόκειται να οδηγηθεί σε ένα μικροεπεξεργαστή μέσω ενός κυκλώματος μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακού σήματος (ADC). Το κύκλωμα ADC περικόπτει αρνητικές τιμές του αναλογικού σήματος και τις θεωρεί 0V. Μιασυνήθηςλύσηείναιναμετατοπιστούνοιτιμές του σήματος εισόδου ώστε να είναι μόνο θετικές, πριν να οδηγηθεί στο κύκλωμα ADC. Να σχεδιαστεί κύκλωμα που να επιτελεί τη λειτουργία αυτή. Οι διαθέσιμες τάσεις τροφοδοσίας είναι ±15V. 51 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Άσκηση Αφού επιθυμείται το σήμα στο ADC να έχει μόνο θετικές τιμές και η μικρότερηαρνητικήτιμήείναι 50mV, αρκεί στο σήμα εισόδου να προσθέσουμε 50mV. Χρησιμοποιούμε έναν μη αναστρέφοντας αθροιστή, όπου στη μία είσοδό του συνδέεται το σήμα εισόδου και στην άλλη είσοδό του συνδέεται η θετική τροφοδοσία των 15V V 22

23 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΑΘΡΟΙΣΗΣ Άσκηση Ισχύει ότι: Απαιτώντας: ,05 προκύπτει ότι: Συνεπώς αν επιλέξουμε 1Ωτότε 300Ω