Выбор функциональной схемы проектируемого устройства

Функциональная схема – это идеализированное графическое изображение устройства, демонстрирующее связи между отдельными функциональными элементами, изображаемыми в виде прямоугольников. Функциональный элемент – часть устройства, выполняющая какую-либо конкретную функцию.

Осуществить подавление синфазной помехи можно различными способами. Наиболее удачным решением этой проблемы считается компенсация синфазной помехи во входной цепи с помощью управляемых источников тока. Компенсация производится подачей во входные цепи инструментального усилителя (ИУ) сигнала равного по модулю и противоположного по полярности сигналу помехи. Для такого варианта подавления помех требуется ИУ, у которого предусмотрен выход синфазного сигнала. Функциональная схема проектируемого устройства имеет вид, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема проектируемого устройства

В соответствии со схемой, изображенной на рисунке 1, проектируемое устройство должно работать следующим образом. В точке «Б» источника входных сигналов (см. рисунок 1) действует сетевая помеха с частотой 50Гц синусоидальной формы и с большой амплитудой, как показано на рисунке 2. В точке «А» источника входных сигналов помеха складывается с полезным сигналом, имеющим малую амплитуду. Основная задача проектируемого устройства – это выделение слабого полезного сигнала из его смеси с большим сигналом помехи. В устройстве, функциональная схема которого показана на рисунке 1, указанная цель достигается подачей на оба входа ИУ компенсирующего сигнала близкого по амплитуде к сигналу помехи и противоположного ему по полярности (см. рисунок 2). В результате сложения сигналов помехи и компенсирующего на входах ИУ соотношение «сигнал / помеха» резко меняется в лучшую сторону: остаточная помеха на входах ИУ имеет амплитуду в 20…30 раз меньше, чем амплитуда помехи в источнике входного сигнала, а амплитуда полезного сигнала сохраняется прежней (см. рисунок 2).

Может показаться, что выделение полезного сигнала можно осуществить вычитанием U_Б из U_А, т.е. подавая U_А и U_Б на входы дифференциального усилителя. Однако, при этом (из-за нелинейности амплитудной характеристики усилителя) возникают нелинейные искажения полезного сигнала, что недопустимо для диагностических медицинских приборов. Поэтому перед вычитанием одного сигнала из другого, необходимо подавить в них сигналы помехи.

Рисунок 2 - Временные диаграммы сигналов в проектируемом устройстве

Выбрав функциональную схему проектируемого устройства можно детализировать функциональные схемы инструментального усилителя и подавителя синфазной помехи.

Для того чтобы у ИУ существовал специальный выход синфазного сигнала необходимо, чтобы ИУ состоял из двух автономных частей (см. рисунок 3): входные усилители (№1, 2), обеспечивающие большие и одинаковые входные сопротивления, и дифференциальный усилитель (№3), подавляющий синфазную помеху.

Чтобы подавитель синфазной помехи выполнял свою задачу, необходимо в его составе (см. рисунок 3) иметь усилитель (№4) с коэффициентом усиления 20…30 и два управляемых источника тока. Источники тока необходимы для предотвращения шунтирования входных цепей ИУ.

Все перечисленные усилители (№1…4) должны быть охвачены глубокими отрицательными обратными связями для обеспечения:

а) малых нелинейных искажений;

б) стабильности коэффициентов усиления;

в) термостабильности усилителей в режиме покоя.

Т.о. можно считать выбор функциональной схемы проектируемого устройства завершенным.

Рисунок 3 - Детализированная функциональная схема усилительной части проектируемого устройства