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EsercitazioneEsercitazione
Realizzazione di un pulsossimetro analogico
Schema a BlocchiSchema a Blocchi
Generatore d’onda quadra
Sistema Ottico Led-
PD
Convertitore I-V
Filtro
Passa bandaRivelatore di
inviluppo
Blocchi necessariBlocchi necessari
1.1. Generatore di onda quadraGeneratore di onda quadra
2.2. Diodo emetitore e fotorivelatoreDiodo emetitore e fotorivelatore
3.3. Convertitore corrente – tensioneConvertitore corrente – tensione
4.4. Filtro passa bandaFiltro passa banda
5.5. Rivelatore di inviluppoRivelatore di inviluppo
* Dopo il rivelatore di picco il segnale andrà interpretato per fornire l’informazione necessaria
Generatore d’onda Generatore d’onda quadraquadra
Astabile con Op-Amp
Questo semplice schema fornisce all’uscita un’onda quadra di frequenza dipendente dai valori di R e C.
12
21ln2
10
RR
RCf
Funzionamento AstabileFunzionamento AstabileTrigger di Schmitt + Cella RC
OpAmp semplice: Vout = A(V+ - V-)
Vout=L+ se Vi>VTH allora Vout=L-
Vout=L- se Vi<VTL allora Vout=L+
Punto fondamentale: Reazione Positiva!
Funzionamento AstabileFunzionamento Astabile
/)( teLLLv
La cella RC rende automatico il meccanismo di Vi che fa avvenire la commutazione
/)( teLLLv
1
)/(1ln1
LLT
2
1 ( / )ln
1
L LT
1
1 2
R
R R
12
21ln2
10
RR
RCf
Generatore d’onda Generatore d’onda quadraquadra
Inseriamo ora le opportune protezioni per il diodo che andremo a pilotare.
Il diodo in antiparallelo fornisce la protezione necessaria al LED imponendo una tensione inversa su di esso di circa 0,65V.
Diodo Emettitore e Diodo Emettitore e fotorivelatorefotorivelatore
Il diodo emettitore deve essere posizionato davanti al diodo fotorivelatore lasciando lo spazio necessario ad inserire un dito della mano oppure il lobo dell’orecchio.
All’uscita del fotorivelatore otteniamo una corrente che dovrà essere convertita in tensione
Convertitore I - VConvertitore I - V
La corrente emessa dal fotorivelatore viene così convertita in una tensione tramite un Op-amp reazionato con una opportuna R. 1 Mohm di R garantisce un buon livello di Vout anche per bassi irraggiamenti.
Filtro passa bandaFiltro passa banda
2121
02
1
RRCCf
Il segnale all’uscita del convertitore va ora “ripulito” da tutte le frequenze che non ci interessano perciò si utilizza un filtro passa banda centrato sulla stessa frequenza del generatore d’onde quadre.
La frequenza centrale e il fattore di merito che si ottiene da questo schema sono dati rispettivamente dalle seguenti funzioni:
211
2120 1
CCR
CCR
B
fQ
Funzionamento Filtro passa Funzionamento Filtro passa bandabanda
Calcolo della fdt Vout/Vin :
IR1
IC2
IC1
X 0
V
Vout
IR2
0
A
Determiniamo Vx:
Vout - 0 = R2IR2
0 – Vx = IC1/SC1
IR2 = IC1 Vx = - Vout/(SC1R2)
Le correnti risultano: IC2=(Vout - Vx)SC2 IR1=(Vin – Vx)/R1 IC1=Vout/R2
L’equazione al nodo x risulta: IR1 + IC2 + IC1 = 0
Funzionamento Filtro passa Funzionamento Filtro passa bandabanda
20
02
1
QSS
Sa
Vin
Vout
2121
0
1
RRCC
2121221
21212 1
1
RRCCRCCCC
SS
S
RCVin
Vout
La generica funzione di un filtro passa banda del II ordine risulta
Per confronto otteniamo
Si ottiene la seguente fdt
211
212 1
CCR
CCRQ
Funzionamento Filtro passa Funzionamento Filtro passa bandabanda
Una fdt di questo tipo
20
02
1
QSS
Sa
Vin
Vout
Ha il seguente andamento
Filtro passa bandaFiltro passa bandaLo schema di montaggio del filtro che viene proposto è il seguente:
Continuano a valere le espressioni della fo e del Q precedenti (con C3=C4=C) solo che al posto di R1 ora c’è il partitore composto da Ra e Rb. Esse possono essere variate in modo tale da consentire una regolazione fine del guadagno.
Rivelatore di inviluppoRivelatore di inviluppoIl segnale sinusoidale all’uscita del filtro va ora convertito in un segnale continuo con un rivelatore di inviluppo. Lo schema del rivelatore è il seguente:
La costante di tempo τ=RC va scelta in modo tale da avere una scarica del condensatore molto più lenta del segnale in ingresso.
Il segnale ottenuto è l’inviluppo del segnale modulante che dipende dall’assorbimento dell’emoglobina e della ossiemoglobina.