medicine
electronicsSimilar presentations:
Модернизация электрокардиографа с детальной разработкой блока питания
Бакалаврская работа Тема «Модернизация электрокардиографа с детальной разработкой блока питания.» Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» Кафедра «Биомедицинская техника» Сидорова Э.О.
студентка группы ББС-41 Выполнила: Проверила: Фролова С.В.1 Основные вопросы,рассмотренные в работе: 1.Принцип работы линейного стабилизатора;
2.Импульсные источники питания с широко-импульсной модуляцией;
3.Повышающий преобразователь;
4.Блок-схемный подход к разработке импульсных источников питания;
5.Импульсный источник питания на основе двухтактного автогенератора.2 Электрокардиография ЭКГ-один из важнейших методов диагностики заболеваний сердца.
В ЭКГ сердце рассматривается,как электрический генератор тока .Определение параметров эквивалентного электрического генератора сердца по разности потенциалов,измеряе мых в двух произвольных точках объемного проводника,является основной задачей ЭКГ.3 Усилители биопотенциалов4
• Главная задача усилителя биопотенциалов-усиление слабых сигналов биологического происхождения до уровня,необходимого для дальнейшей обработки,регистрации или отображения.
Обычно требуется усиление по напряжению,поскольку входное напряжение слишком мало.
Входные цепи усилителя биопотенциалов должны также обеспечивать защиту пациента.
Структурная схема кардиографа5 1.Схема защиты .Обеспечивает защиту входных цепей от высоких напряжений.
2.Коммутаторотведений.Все электроды подключаются к усилителю через коммутатор,который выбирает два электрода,либо электрод и псевдоэлектрода ,подключаемые к входам каждого канала усиления.
3.Калибратор.Может быть подключен временно для проверки.
4.Предусилитель.Осуществляет начальное усиление ЭКГ.
5.Блок изоляции .Формирует гальванический барьер между цепями,присоединенными к пациенту.,и остальной частью схемы.
6.Схема компенсации синфазной помехи .Электрод подключается либо к земле усилителя,либо к схеме компенсации помехи.
7.Выходной усилитель мощности .Усиливает ЭКГ до входного уровня самописца.
8.Блок памяти.
9.Микроконтролер.Может записать три 10-сек.
фрагмента шестифронтальных отведений а затем три 10-сек.фрагмента шести грудных отведений,также осуществить анализ ЭКГ.
10.Самописец или принтер.
Электрокардиограф многоканальный ЭК ЗЧ-016 Рисунок 8 -Электрокардиограф ЭК 3Ч-01 Электрокардиограф многоканальный ЭК 3Ч-01 (мод.
032), перьевой чернильной записью в прямоугольной системе координат (в дальнейшем — электрокардиограф) предназначен для измерения и графической регистрации биоэлектрических порталов сердца, изменяющихся во времени при диагностике и исследованиях сердечно- сосудистой системы человека.
Элетрокардиограф представляет собой передвижной прибор,конструкция которого определяется его функциональным назначением7 Устройство элетрокардиографа быстродействующий самопишущий прибор Н3038;
кардиоблок, состоящий из каркаса с на правляющими для крепления печатных плат, плат функциональных узлов, кроссплаты, боковой, верхней литой и фальшпанелей;
подвижное основание на колесах;
шкаф с принадлежностями и бумагоприемпиком;
кабель отведений с элементами схемы защиты от импульсов Рисунок - Электрокардиограф ЭК 3Ч-01 с принадлежностями, в укладочных ящиках и с откинутым бумагоприёмником.
Принцип действия прибора Принцип действия электрокардиографа основан на снятии с помощью электро дов исследуемых биопотенциалов сердца пациента, преобразовании их в амплитудно-модулированную (электрокардиографическим сигналом) последовательность импульсов, с последующим ее усилением, дешифрованием, в соответствии с выбранной программой ис следования, восстановлением, дополнительным усилением и регистрацией с помощью быстро действующего прибора типа Н3038.8 Источники питания9 Внутри системы питания можно рассматривать следующие три основные технологии питания.
Линейные стабилизаторы.
Импульсные источники питания с широтно- импульсной модуляцией.
Резонансная технология импульсных источников питания с высоким КПД.
Сравнение трех технологий источников питания10 Показатель Линейный стабилизатор Импульсный стабилизатор с ШИМ Импульсный стабилизатор с резонансным переходом Стоимость Низкая Высокая Масса Большая Небольшая RF-шум Отсутствует Высокий Средний КПД 35-50% 70-85% 78-92% Несколько выходов Нет Есть Время разработки 1 неделя 8 человеко- месяцев* 10 человеко- месяцев* Линейный стабилизатор Линейный стабилизатор является исходной формой стабилизирующих источников питания.
Для понижения уровня входного напряжения до стабилизированного выходного в нем используется переменная проводимость активного электронного элемента.
При этом линейный стабилизатор теряет много энергии в виде тепла и по тому нагревается.
Обычно линейные стабилизаторы особенно полезны для приложений источников питания, требующих не более 10 Вт выходной мощности.
При выходной мощности более 10 Вт обязательный теплоотвод становится столь громоздким и дороге стоящим, что более привлекательными становятся импульсные источники питания11 Принцип работы линейного стабилизатора Все источники питания имеют в своей основе замкнутый контур отрицательной обратной связи.
Единственное назначение этого контура — удерживать постоянное значение выходного напряжения.12 Импульсные источники питания с широко- импульсной модуляцией.
Импульсные источники питания имеют много преимуществ перед линейными стабилизаторами.
Импульсные источники питания имеют более высокий КПД и меньшие размеры, чем линейные стабилизаторы с такими же номиналами, однако их сложнее проектировать, и они излучают больше электромагнитных помех.
В отличии от линейных стабилизаторов в которых используется мощный транзистор в линейном режиме,импульсные источники питания с ШИМ основаны на мощных транзисторахв состоянии насыщения и отсечки.13 Два типа импульсного источника питания.14 1.Прямоходовые стабилизаторы образуют большое семейство топологий им пульсных источников энергии.
Их можно распознать по индуктивно- емкостному фильтру (далее — LC-фильтру), расположенному сразу после ключа или после вы ходного выпрямителя на вторичной обмотке трансформатора.15 Как нетрудно заметить, схема повышающего преобразователя имеет те же части, что и прямоходовый преобразователь, но они иначе расположены.
Это новое размещение приводит к тому, что преобразователь работает совершенно по-другому по сравнению с прямоходовым преобразователем.
В данном случае, когда ключ замкнут, создается токовая петля, состоящая только из индуктора, ключа и источника входного напряжения.16 ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ДВУХТАКТНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА Преобразователь выполнен по простейшей схеме двухтактного полумостового автогенератора с маломощным насыщающимся трансформатором в цепи ОС.
Выходное напряжение, питающее мощные каскады усилителя, не стабилизируются.
Питание маломощных предварительных каскадов стабилизировано с помощью обычного линейного стабилизатора компенсационного типа.17 В преобразователе использован режим ступенчатого выхода иа номиналь ную мощность.
Для этого в цепи выпрямительного моста установлен мощный резистор R9 (75 Ом), шунтированный контактами реле К1.
Обмотка реле под ключена к выходу преобразователя (—15 В) через интегрирующую цепочку R8C22.
Таким образом, включение реле задерживается на несколько миллисекунд по отношению к включению преобразователя, который начинает работу при пониженном напряжении питании.
После замыкания контактов К1 преоб разователь выходит в режим номинальной мощности.
Для уменьшения длительности фронтов импульсов тока через транзисто ры преобразователя применен трансформатор тока Т2.
Его первичная обмотка wl, состоящей всего из одного витка, включена в цепь коллекторных токов транзисторов.
На вторичной обмотке w2 наводятся короткие импульсы напряжения, соответствующие моментам резкого спада токов коллектора при выключении транзисторов.
Полярность включения обмоток трансформаторов Т1 и Т2 такова, что возникающая ОС — положительная.18 Трансфо рматор Магнитопровод Число витков/ провод ПЭВ-2w1w2w3w4T-1T-2T-3 К 10 6 4 из феррита 2000 НМС К 10 6 4 из феррита 2000 НМ-3 Ш 7 7 из феррита 3000 НМС 8/0,31 1/0,41 120/0,31 4/0,31 2/0,41 20/0,31 4/0,31 – 24/0,41 4/0,31 – 24/0,41 Намоточные данные трансформаторов Заключение19 В данном ИИЭ принят ряд мер для подавления помех.
Транзисторы VT3 и VT4 гальванически изолированы от радиатора, который также не соединен с корпусом (шасси) усилителя.
Радиатор соединен с эмиттером VT4 через конденсатор СЗ.
Для уменьшения напряжения помех на сетевых выводах ИИЭ используют дроссели LI, L2, а также конденсаторы С6—С9, СП—С14.
Первичная обмотка трансформатора ТЗ разделена на две одинаковые секции, занимающие первые и последние слои намотки катушки.
Между этими секциями расположены остальные обмотки.
Вторичные обмотки w3—w4 отделены от секций первичной обмотки wl и обмотки ОС экранами из слоя медной фольги.
Магнитопровод гальванически связан с положительным полюсом выпрямленного сетевого напряжения.
Спасибо за внимание.20
студентка группы ББС-41 Выполнила: Проверила: Фролова С.В.1 Основные вопросы,рассмотренные в работе: 1.Принцип работы линейного стабилизатора;
2.Импульсные источники питания с широко-импульсной модуляцией;
3.Повышающий преобразователь;
4.Блок-схемный подход к разработке импульсных источников питания;
5.Импульсный источник питания на основе двухтактного автогенератора.2 Электрокардиография ЭКГ-один из важнейших методов диагностики заболеваний сердца.
В ЭКГ сердце рассматривается,как электрический генератор тока .Определение параметров эквивалентного электрического генератора сердца по разности потенциалов,измеряе мых в двух произвольных точках объемного проводника,является основной задачей ЭКГ.3 Усилители биопотенциалов4
• Главная задача усилителя биопотенциалов-усиление слабых сигналов биологического происхождения до уровня,необходимого для дальнейшей обработки,регистрации или отображения.
Обычно требуется усиление по напряжению,поскольку входное напряжение слишком мало.
Входные цепи усилителя биопотенциалов должны также обеспечивать защиту пациента.
Структурная схема кардиографа5 1.Схема защиты .Обеспечивает защиту входных цепей от высоких напряжений.
2.Коммутаторотведений.Все электроды подключаются к усилителю через коммутатор,который выбирает два электрода,либо электрод и псевдоэлектрода ,подключаемые к входам каждого канала усиления.
3.Калибратор.Может быть подключен временно для проверки.
4.Предусилитель.Осуществляет начальное усиление ЭКГ.
5.Блок изоляции .Формирует гальванический барьер между цепями,присоединенными к пациенту.,и остальной частью схемы.
6.Схема компенсации синфазной помехи .Электрод подключается либо к земле усилителя,либо к схеме компенсации помехи.
7.Выходной усилитель мощности .Усиливает ЭКГ до входного уровня самописца.
8.Блок памяти.
9.Микроконтролер.Может записать три 10-сек.
фрагмента шестифронтальных отведений а затем три 10-сек.фрагмента шести грудных отведений,также осуществить анализ ЭКГ.
10.Самописец или принтер.
Электрокардиограф многоканальный ЭК ЗЧ-016 Рисунок 8 -Электрокардиограф ЭК 3Ч-01 Электрокардиограф многоканальный ЭК 3Ч-01 (мод.
032), перьевой чернильной записью в прямоугольной системе координат (в дальнейшем — электрокардиограф) предназначен для измерения и графической регистрации биоэлектрических порталов сердца, изменяющихся во времени при диагностике и исследованиях сердечно- сосудистой системы человека.
Элетрокардиограф представляет собой передвижной прибор,конструкция которого определяется его функциональным назначением7 Устройство элетрокардиографа быстродействующий самопишущий прибор Н3038;
кардиоблок, состоящий из каркаса с на правляющими для крепления печатных плат, плат функциональных узлов, кроссплаты, боковой, верхней литой и фальшпанелей;
подвижное основание на колесах;
шкаф с принадлежностями и бумагоприемпиком;
кабель отведений с элементами схемы защиты от импульсов Рисунок - Электрокардиограф ЭК 3Ч-01 с принадлежностями, в укладочных ящиках и с откинутым бумагоприёмником.
Принцип действия прибора Принцип действия электрокардиографа основан на снятии с помощью электро дов исследуемых биопотенциалов сердца пациента, преобразовании их в амплитудно-модулированную (электрокардиографическим сигналом) последовательность импульсов, с последующим ее усилением, дешифрованием, в соответствии с выбранной программой ис следования, восстановлением, дополнительным усилением и регистрацией с помощью быстро действующего прибора типа Н3038.8 Источники питания9 Внутри системы питания можно рассматривать следующие три основные технологии питания.
Линейные стабилизаторы.
Импульсные источники питания с широтно- импульсной модуляцией.
Резонансная технология импульсных источников питания с высоким КПД.
Сравнение трех технологий источников питания10 Показатель Линейный стабилизатор Импульсный стабилизатор с ШИМ Импульсный стабилизатор с резонансным переходом Стоимость Низкая Высокая Масса Большая Небольшая RF-шум Отсутствует Высокий Средний КПД 35-50% 70-85% 78-92% Несколько выходов Нет Есть Время разработки 1 неделя 8 человеко- месяцев* 10 человеко- месяцев* Линейный стабилизатор Линейный стабилизатор является исходной формой стабилизирующих источников питания.
Для понижения уровня входного напряжения до стабилизированного выходного в нем используется переменная проводимость активного электронного элемента.
При этом линейный стабилизатор теряет много энергии в виде тепла и по тому нагревается.
Обычно линейные стабилизаторы особенно полезны для приложений источников питания, требующих не более 10 Вт выходной мощности.
При выходной мощности более 10 Вт обязательный теплоотвод становится столь громоздким и дороге стоящим, что более привлекательными становятся импульсные источники питания11 Принцип работы линейного стабилизатора Все источники питания имеют в своей основе замкнутый контур отрицательной обратной связи.
Единственное назначение этого контура — удерживать постоянное значение выходного напряжения.12 Импульсные источники питания с широко- импульсной модуляцией.
Импульсные источники питания имеют много преимуществ перед линейными стабилизаторами.
Импульсные источники питания имеют более высокий КПД и меньшие размеры, чем линейные стабилизаторы с такими же номиналами, однако их сложнее проектировать, и они излучают больше электромагнитных помех.
В отличии от линейных стабилизаторов в которых используется мощный транзистор в линейном режиме,импульсные источники питания с ШИМ основаны на мощных транзисторахв состоянии насыщения и отсечки.13 Два типа импульсного источника питания.14 1.Прямоходовые стабилизаторы образуют большое семейство топологий им пульсных источников энергии.
Их можно распознать по индуктивно- емкостному фильтру (далее — LC-фильтру), расположенному сразу после ключа или после вы ходного выпрямителя на вторичной обмотке трансформатора.15 Как нетрудно заметить, схема повышающего преобразователя имеет те же части, что и прямоходовый преобразователь, но они иначе расположены.
Это новое размещение приводит к тому, что преобразователь работает совершенно по-другому по сравнению с прямоходовым преобразователем.
В данном случае, когда ключ замкнут, создается токовая петля, состоящая только из индуктора, ключа и источника входного напряжения.16 ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ДВУХТАКТНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА Преобразователь выполнен по простейшей схеме двухтактного полумостового автогенератора с маломощным насыщающимся трансформатором в цепи ОС.
Выходное напряжение, питающее мощные каскады усилителя, не стабилизируются.
Питание маломощных предварительных каскадов стабилизировано с помощью обычного линейного стабилизатора компенсационного типа.17 В преобразователе использован режим ступенчатого выхода иа номиналь ную мощность.
Для этого в цепи выпрямительного моста установлен мощный резистор R9 (75 Ом), шунтированный контактами реле К1.
Обмотка реле под ключена к выходу преобразователя (—15 В) через интегрирующую цепочку R8C22.
Таким образом, включение реле задерживается на несколько миллисекунд по отношению к включению преобразователя, который начинает работу при пониженном напряжении питании.
После замыкания контактов К1 преоб разователь выходит в режим номинальной мощности.
Для уменьшения длительности фронтов импульсов тока через транзисто ры преобразователя применен трансформатор тока Т2.
Его первичная обмотка wl, состоящей всего из одного витка, включена в цепь коллекторных токов транзисторов.
На вторичной обмотке w2 наводятся короткие импульсы напряжения, соответствующие моментам резкого спада токов коллектора при выключении транзисторов.
Полярность включения обмоток трансформаторов Т1 и Т2 такова, что возникающая ОС — положительная.18 Трансфо рматор Магнитопровод Число витков/ провод ПЭВ-2w1w2w3w4T-1T-2T-3 К 10 6 4 из феррита 2000 НМС К 10 6 4 из феррита 2000 НМ-3 Ш 7 7 из феррита 3000 НМС 8/0,31 1/0,41 120/0,31 4/0,31 2/0,41 20/0,31 4/0,31 – 24/0,41 4/0,31 – 24/0,41 Намоточные данные трансформаторов Заключение19 В данном ИИЭ принят ряд мер для подавления помех.
Транзисторы VT3 и VT4 гальванически изолированы от радиатора, который также не соединен с корпусом (шасси) усилителя.
Радиатор соединен с эмиттером VT4 через конденсатор СЗ.
Для уменьшения напряжения помех на сетевых выводах ИИЭ используют дроссели LI, L2, а также конденсаторы С6—С9, СП—С14.
Первичная обмотка трансформатора ТЗ разделена на две одинаковые секции, занимающие первые и последние слои намотки катушки.
Между этими секциями расположены остальные обмотки.
Вторичные обмотки w3—w4 отделены от секций первичной обмотки wl и обмотки ОС экранами из слоя медной фольги.
Магнитопровод гальванически связан с положительным полюсом выпрямленного сетевого напряжения.
Спасибо за внимание.20