Amplificatori - Digilander

STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
Corsi di DIPLOMA UNIVERSITARIO
• TECNICO DI LABORATORIO BIOMEDICO
corso integrato di FISICA, STATISTICA, INFORMATICA
STRUMENTAZIONE ELETTRONICA DI MISURA
• TECNICO AUDIOMETRISTA
corso integrato di FISICA, STATISTICA, INFORMATICA
MISURE ELETTRICHE
• TECNICO AUDIOPROTESISTA
corso integrato di AUDIOPROTESI III°
MISURE ELETTRICHE
DISPOSITIVI DI
AMPLIFICAZIONE
AMPLIFICATORE
D.S. ottobre 99
STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
1
INTRODUZIONE
d.d.p.
lavoro (meccanico)
potenza
se insufficiente necessario dispositivo che aumenta
potenza di un segnale elettrico:
AMPLIFICATORE
potenza W =
V•i
(watt)
componente attiva del circuito
amplificazione V, i, V e i
AMPLIFICATORE
2
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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
2
INTRODUZIONE
circuito di prelievo del segnale
generatore
RG resistenza interna
RS resistenza ingresso
(sensore)
RS
DV =
DVo
RS + RG
RG
sensore
RS
RS + R G
G DVo
RS
V
DV
fattore di
attenuazione
del segnale
RS >> RG
DVDVo
partitore di tensione
AMPLIFICATORE
3
RS  100 RG
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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
DISPOSITIVI
DISPOSITIVI
FONDAMENTALI
1
tubi a vuoto (diodo, triodo)
semiconduttori:
germanio (Ge), silicio (Si)
stato puro: dielettrici
drogati (P, Ar, An) regione N (cariche negative)
drogati (Al, Ga, In) regione P (cariche positive - lacune)
giunzione P-N
polarizzazione
barriera di potenziale
d.d.p. esterna:
polarizzazione inversa
diodi
polarizzazione diretta
transistors
AMPLIFICATORE
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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
AMPLIFICAZIONE
amplificazione in potenza: decibel (dB)
Wout
A (dB) = 10 Log
Win
Wout = 1000 Win
A = 10 Log 1000 = 30 decibel
aumento di ampiezza del segnale (guadagno)
guadagno in tensione:
2
Vout
Wout
=
R
Win
Vout = 1000 Vin
AMPLIFICATORE
6
R =
2
Vin
2
Vout
2
Vin
Vout
A (dB) = 20 Log
Vin
A = 20 Log 1000 = 60 decibel
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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
1
RETROAZIONE
caratteristiche di lavoro dispositivo attivo modificabili da:
variazioni di temperatura, di tensione della batteria
guadagno dipendente solo da elementi passivi
retroazione
segnale uscita in parte portato in ingresso
(tramite resistenza)
• retroazione positiva: Vin e Vout in fase
saturazione amplificatore
• retroazione negativa: Vin e Vout in opposizione di fase
stabilizzazione del segnale di uscita
AMPLIFICATORE
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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
2
RETROAZIONE
x(t) = segnale in ingresso
y(t) = segnale in uscita
f = frazione segnale uscita portata in ingresso
y(t)
• guadagno Ar =
x(t)
• guadagno dispositivo originale = A
retroazione negativa:
y(t) = A [ x(t) – f y(t)]
A x(t) = y(t) [1 + Af]
y(t)
A
= Ar =
x(t)
[1 + Af]
per Af >> 1
f
AMPLIFICATORE
(A >> 1)
resistenza di retroazione
8
Ar =
1
f
guadagno stabile
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1
AMPLIFICATORI OPERAZIONALI
amplificatore con retroazione
amplificatori operazionali
circuiti integrati
unità complessa (molti transistors miniaturizzati)
resistenza molto elevata
resistenza molto bassa
ingresso invertente
Vin
–
Vout
+
ingresso non invertente
• amplificazione di tensione molto elevata
• tensione d'ingresso
AMPLIFICATORE
9
Vdiff
molto bassa
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AMPLIFICATORI OPERAZIONALI
amplificatore invertente
Vin
I=
Rin
Vout
I=–
Rf
Vout
Rf
=–
Vin
Rin
Rf
guadagno AV = –
Rin
Rf
Rin
–
Vin
+
AMPLIFICATORE
segnale in uscita invertito
10
Vout
Rin < Rf amplificazione
Rin > Rf attenuazione
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AMPLIFICATORI OPERAZIONALI
amplificatore sommatore di segnali
Vin1
Vin2
Rf
R1
R2
–
+
Vout = –
[ Rf
R1
R1 = R2 = Rin
Vin1 +
Vout
Rf V
in2 ]
R2
Vout
Rf
(Vin1 + Vin2 )
=–
Rin
Rf
guadagno AV = –
Rin
AMPLIFICATORE
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1
RISPOSTA AMPLIFICATORE
• risposta in ampiezza
• intervallo operatività
ampiezza (segnale) in ingresso
ampiezza (segnale) in uscita
limite inferiore: rapporto segnale/rumore
limite superiore: distorsione segnale in uscita
Vout
zona di saturazione
zona lineare
o
AMPLIFICATORE
14
Vin
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RISPOSTA AMPLIFICATORE
• risposta in ampiezza
intervallo (range) dinamico R (deciBel) :
massimo segnale amplificabile (senza saturazione)
R=
minimo segnale distinguibile dal rumore di fondo
Vout
zona di saturazione
zona lineare
o
AMPLIFICATORE
15
range
dinamico
Vin
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RISPOSTA AMPLIFICATORE
• risposta in frequenza
• riproduzione ampiezze armoniche componenti il segnale
• capacità parassite
• capacità (eliminazione c.c.)
impedenza ZC
attenuazione e sfasamento ampiezze armoniche
Vout
banda passante
1
1
2
o
n taglio inferiore
AMPLIFICATORE
17
ntaglio superiore
frequenza n
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RISPOSTA AMPLIFICATORE
• risposta in frequenza
banda passante sufficiente a prelevare tutta
l'informazione diagnostica
eliminazione rumore bassa e alta frequenza
alterazione banda passante per eliminare rumore
filtri
Vout
banda passante
1
1
2
o
n taglio inferiore
AMPLIFICATORE
18
ntaglio superiore
frequenza n
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