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.