1. Теоретична частина
Біотелеметріческіе сигнали (біоелектричні сигнали електрокардіограм, псевмограмм та ін) після проходження по електричному тракту або радіоканалу можуть мати різну амплітуду, що не дозволяє судити про їх абсолютної амплітуді. Поетом для отримання кількісних відомостей про рівень сигналів необхідно проводити їх калібрування.
Калібрування сигналу може бути здійснена синхронно, асинхронно з сигналом і при необхідності в режимі очікування.
Як калібратора біотелеметріческіх сигналів звичайно застосовують мультивібратори. Мультивибратор може бути як симетричним, так і несиметричним. У симетричного мультивібратора колекторні опору в обох плечах однакові, однакові базові опору та ємності.
Відомо багато варіантів мультивібратор на електронних лампах, транзисторах, тиристорах і інтегральних схемах. Найбільш широко застосовуються мультивібратори, побудовані на транзисторах
Мультивібратори на біполярних транзисторах найбільш часто виконують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками (рис. 1а). Як і для тригера, симетричність означає ідентичність симетрично розташованих елементів, тобто R K1 = R K2, R Б1 = R Б2, С Б1 = С Б2, параметри транзисторів однакові. Як видно з малюнка, мультивібратор складається з двох підсилювальних каскадів з ОЕ, вихідна напруга кожного з яких подається на вхід іншого. У схемі мультивібратора використані транзистори р-п-р-типу.
При приєднанні схеми до джерела живлення Е до обидва транзистора пропускають колекторні точки, оскільки на бази через резистори R Б1 і R Б2 подається негативний зсув. Проте такий стан схеми нестійке. Через наявність у схемі позитивного зворотного зв'язку виконується умова β Ку> 1 і двохкаскадний підсилювач самозбуджується. Починається процес регенерації - швидке збільшення струму одного транзистора й зменшення струму іншого транзистора.
Нехай у результаті будь випадкової зміни напруг на базах або колекторах трохи збільшиться струм I K1 транзистора VT1. При цьому збільшиться спадання напруги на резисторі R K1 і колектор транзистора VT1 одержить збільшення позитивного потенціалу. Оскільки напруга на конденсаторі С Б1 не може миттєво змінитися, це збільшення прикладається до бази транзистора VT2, підзакриваючи його.
Рис. 1. Симетричний мультивібратор на біполярних транзисторах:
a - схема; б - часові діаграми
Колекторний струм I K2 при цьому зменшується, напруга на колекторі транзистора VT2 стає більш негативним і, передаючись через конденсатор С Б2 на базу транзистора VT1, ще більше відкриває його, збільшуючи струм I K1. Цей процес протікає лавиноподібно й закінчується тим, що транзистор VT1 входить у режим насичення, а транзистор VT2 - у режим відсічки. Схема переходить в одне зі своїх тимчасово стійких станів рівноваги (квазіустойчівое стан). При цьому відкритий стан транзистора VT1 забезпечується зсувом від джерела живлення Е к через резистор R Б1, а замкнений стан транзистора VT2 - позитивною напругою на конденсаторі С Б1 (U Cб1 = U Б2> 0), який через відкритий транзистор VT1 включений у проміжок база - емітер транзистора VT2.
2. Розрахункова частина
Розрахунок мультивібратора (рис. 2) при заданій напрузі джерела живлення E проводиться в наступному порядку.
Рис. 2. Схема мультивібратора, вживаного як калібратора біотелеметріческіх сигналів
Для прискорення розрахунків наводиться нижче послідовність розрахунку супроводжуються прикладом, а якому вибрано напруга живлення пристрою E = 6 В, тривалість калібрувального імпульсу дорівнює t u = 0,15 с, а період повторення калібрувального імпульсу - Т = 2 с.
1. Визначимо необхідну шпаруватість Q треб. Калібрувального імпульсу (скважностью називається відношення періоду імпульсів до їх тривалості):
Калібратор може забезпечити певну максимальну шпаруватість Q макс, обмежену коефіцієнтом посилення β використовуваних транзисторів:
Звідси β> 3 Q, отже, для забезпечення Q треб значення β повинно бути:
Як бачимо, до коефіцієнта посилення пред'явлені досить високі вимоги.
2. За довідником вибираємо тип низькочастотного транзистора з досить високим коефіцієнтом підсилення. У нашому випадку вибрали низькочастотний транзистор марки МП37Б, з відповідним коефіцієнтом підсилення. На рис. 3 представлена вольт-амперна характеристика вибраного транзистора.
Рис. 3. Вольтамперна характеристика МП37Б транзистора
3. Вибираємо опору резисторів в колекторному ланцюзі R k1 і R k2 (зазвичай R k1 = R k2).
Значення резистора R k1 з одного боку має бути таким, щоб сила колекторного струму J k, була значно більше сили струму J kб закритого транзистора. З іншого боку, вибір великого струму J k неприпустимо з позиції збільшення енерговитрат джерела живлення і, відповідно, зменшення тривалості роботи передавального пристрою.
Вибір малих значень J k також обмежена зниженням значення робочого коефіцієнта підсилення транзистора, бо
;
Багато вимог до вибору сили струму можуть бути виконані при її значенні 1 ... 2 мА. Тоді,
4. Вибираємо параметри времязадающей ланцюга RC при τ 1 = τ u = 0,15 с. Значенні постійного часу RC ланцюга визначається за формулою:
4. 1. Визначимо значення R б1:
Для повного відкриття транзистора необхідно, щоб:
Прийнявши β хв = 30, отримуємо
Однак, оскільки значення споживаного струму базового ланцюга значно менше колекторної, то правомірно R б1 вибрати з іншого умови:
4. 2. Визначимо значення ємності конденсатора C 1.
З наведеної раніше формули випливає, що:
4. 3. Підбираємо тип конденсатора.
Конденсатори паперового типу необхідної ємності порівняно громіздкі і непридатні для малогабаритного передавача. Тому використовуємо електролітичний конденсатор, приблизно рівний розрахунковому номіналом. C 1 = 6,8 мкФ.
5. Здійснюємо розрахунок другий времязадающей ланцюга R б2, С 2.
Період повторення калібрувального імпульсу:
Оскільки τ 2>> τ 1, то можна прийняти τ 2 = 2 с.
5. 1. Спочатку слід вибрати значення R б2. Значення R б2 вибираємо з умови забезпечення мінімального допустимого значення сили базового струму
Вибираючи J к = 1 мА, β max = 50, отримуємо
Тоді,
5. 2. На основі відомого вислову визначається
Вибираємо значення ємності найближчим до існуючих номіналах, тобто З 2 = 10 мкФ.
Таким чином, згідно з обрахунками для забезпечення тривалості та періодичності калібрувального імпульсу потрібно деталі з наступними характеристиками:
1. Транзистори типу pnp з коефіцієнтом посилення β> 5 0.
2. Резистори R k1 = R k2 = 6 кОм, R б1 = 60 кОм, R б2 = 300 кОм.
3. Електролітичні конденсатори З 1 = 6,8 мкФ, С 2 = 10 мкФ.
Список літератури
1. Попов, П.А. Характеристики транзисторів, Москва - 1963, стор.25
2. Опадчій, Ю.Ф. Аналогова та цифрова електроніка, Москва - 2002, стор.168.