Details

В ходе работы был разработан прецизионный источник постоянного малого тока с малыми погрешностями, а также рассмотрены области его применения в медицине и инженерном деле. Произведён подбор элементной базы, составление коммутационной схемы устройства, а также виртуальное моделирование некоторых основных узлов разрабатываемого устройства.

• Введение
• ГЛАВА 1. Особенности коммутации и функционирования элементной базы
  • 1.1 Микроконтроллер
  • 1.2 Оптрон
  • 1.3 Цифро-аналоговый преобразователь
  • 1.4 Источник тока
  • 1.4.1 INA118U
  • 1.4.2 AD8244
  • 1.4.3 Логика работы источника постоянного тока
  • 1.5 Система самотестирования устройства
• Важно упомянуть, что для связи с внешним миром был выбран разъём SP1310/S3 с позолоченными выводными контактами, что минимизирует потерю в точках коммутации. Также стоит отметить, что подключение реализовано по схеме Герца.
  • 1.6 Промежуточный усилитель
  • Следовательно, коэффициент усиления последующего каскада должен составлять как минимум 100 (К=100). Таким образом в АЦП поступает сигнал в 10 В, чего вполне достаточно для предотвращения искажений данных ввиду малости сигнала. Таким образом, исходя из...
  • 1.7 Аналого-цифровой преобразователь
  • 1.8 Цепи питания элементной базы
• После чего данное напряжение падает на прецизионный источник опорного напряжения (ИОП) 10В REF01CSZ [12].
• Рис.1.16.Расположения выводов микросхемы REF01CSZ
• Технические характеристики:
•  Диапазон входного напряжения: 12 В-36 В
•  Выходное напряжение: 10 В
•  Погрешность выходного напряжения: ±0.1 В
•  Диапазон регулировки выходного напряжения: ±0.3 В
•  Температурный коэффициент: 20 ppm/C
•  Минимальное падение напряжения на выходе ИОП: 2 В
•  Ток потребления в режиме покоя: 1 мА
•  Максимальный ток потребления в рабочем режиме : 8 мА
•  Ток короткого замыкания: 30 мА
•  Шум выходного напряжения: 30мкВ
•  Погрешность выходного напряжение через 1000 часов работы: 50 ppm
•  Время установки выходного напряжения с точностью 0.1 %: 5 мкС
•  Диапазон рабочей температуры: -40С …+85С
•  Корпус: SOIC-8
• Вывод № 1, 8, 7 (NC): не используются
• Вывод № 2 (VIN): ввод напряжения питания
• Вывод № 3 (TEMP): выход встроенного температурного датчика
• Вывод № 4 (GND): общий контакт нулевого потенциала
• Вывод № 5 (TRIM): подстройка выходного напряжения
• Вывод № 6 (VOUT): выходное напряжение
• 10 В с данного источника поступает на двухканальные малошумящие операционные усилители SA5532DR также в корпусе SOIC-8 [13].
• Технические характеристики: (1)
•  Максимальный диапазон напряжения питания: ±22 В
•  Оптимальный диапазон напряжения питания: ±5…±15 В
•  Входной ток: ±10 мА
•  Диапазон рабочей температуры: -40С …+85С (1)
•  Напряжение смещения: 05 мВ
•  Смещение ток сдвига: 10 нА
•  Входной ток смещения: 200 нА
•  Входное сопротивление 300 кОм
•  Выходное сопротивление 0.3 Ом
•  Ток короткого замыкания: 38 мА
•  Максимальный ток потребления в рабочем режиме : 16 мА
• Вывод № 1(1OUT): выход первого усилительного каскада
• Вывод № 2 (1IN-): отрицательный вход первого усилительного каскада
• Вывод № 3 (1IN+): положительный вход первого усилительного каскада
• Вывод № 4 (Vсс-): отрицательный потенциал питания усилителя
• Вывод № 5 (2IN+): положительный вход второго усилителя
• Вывод № 6 (2IN-): отрицательный вход второго усилителя
• Вывод № 7 (2OUT): выход второго усилительного каскада
• Вывод № 8 (Vсс+): положительный потенциал питания усилителя
• 5 В с данного разъёма поступает на линейный регулятор с низким падением напряжения LM1117 в корпусе sot223 [14], на выходе которого в свою очередь присутствуют 3.3 В, необходимые для питания микроконтроллера.
• Рис.1.19. Конфигурация выводов линейного регулятора LM1117
• Технические характеристики: (2)
•  Максимальное входное напряжение: 15 В
•  Диапазон рабочей температуры: 0…125 С
•  Максимальный выходной ток: 800 мА
•  Диапазон выходного напряжения: 3.235 В…3.365 В
•  Максимальное падение напряжения на выходе: 1.3 В
•  Ток потребления в режиме покоя: 5 мА
•  Погрешность выходного напряжение через 1000 часов работы: 0.3 %
• Данное напряжение 3.3 В входит в микроконтроллер, проходя перед этим через фильтрующую цепь, рекомендованную заводом изготовителем контроллера STM32F205RBT6 [4] (рис.1.20.)
• Рис.1.20 Фильтрующая цепь STM32F205RBT6
• ГЛАВА 2. Расчёт и эксперимент
• ГЛАВА 3. Стоимость комплектующих и печатной платы
• Заключение
• В заключении можно сказать, что было разработано устройство, отвечающее целям и задачам, обозначенным во введении.
• В процессе была разработана полная коммутационная схема устройства, которая указана в приложении 3. Также в интерфейс был внедрён разъём для подключения дисплея, с целью вывода данных в режиме реального времени и автономности работы устройства.
• Также была спроектирована печатная плата для установки всех компонентов. Чертёж печатной платы приведёт в приложении 4.
• Устройство способно подавать токи ±10 мкА с достаточно малой погрешностью, потеря токов в коммутационном узле сведена к минимуму посредством использования позолоченных контактов, а точность работы обусловлена подбором высококачественных компонентов, а...
  • Особенности применения данного устройства в медицинских целях были почерпнуты в личной беседе с заведующим кафедрой функциональной диагностики СПб НИПНИ им. В.М. Бехтерева, где была выражена заинтересованность в практическом примирении данной разработки.
• Список литературы
• 1. Микрополяризация головного мозга // Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева – [Санкт-Петербург, 2018]. – URL: http://www.bekhterev.ru/search/?searchid=2189077&text=%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%...
• 2. Исследование нервной системы с помощью функциональной диагностики // ЦЕЛТ многопрофильный медицинский центр – [Москва, 2016]. – URL: https://www.celt.ru/articles/art/ehlektronejromiografiya-i-ehlektromiografiya-issledovanie-nervnoj-sistemy.phtml. (...
• 3. Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н. Радиотехнические цепи и сигналы. – СПб.: Питер, 2014. — 336 с.
• 4. Документация для микроконтроллера STM32F205RBT6 // ST – URL: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/bc/21/42/43/b0/f3/4d/d3/CD00237391.pdf/files/CD00237391.pdf/jcr:content/translations/en.CD00237391.pdf – (дата обращен...
• 5. Документация для оптрона TPL281-4GB // ST – URL: http://media.digikey.com/PDF/Data%20Sheets/Toshiba%20PDFs/TLP281(-4).pdf – (дата обращения 10. 05. 2018).
• 6. Документация для цифро-аналогового преобразователя AD5541// ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD5541_5542.pdf – (дата обращения 11. 05. 2018).
• 7. Документация для прецизионного инструментального усилителя INA118U//ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina118.pdf – (дата обращения 13. 05. 2018).
• 8. Документация для буферного усилителя AD8244 // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8244.pdf – (дата обращения 15. 05. 2018).
• 9. Документация для релейного элемента G6K-2F-Y3VDC // ST – URL : http://www.farnell.com/datasheets/708329.pdf – (дата обращения 16. 05. 2018).
• 10. Документация для прецизионного инструментального усилителя AD8422ARZ // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8422.pdf – (дата обращения 18. 05. 2018).
• 11. Документация для аналого-цифрового преобразователя AD4002 // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad4002-4006-4010.pdf – (дата обращения 21. 05. 2018).
• 12. Документация для источника опорного напряжения REF01CSZ // ST – URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/REF01_02_03.pdf – (дата обращения 23. 05. 2018).
• 13. Документация для операционного усилителя SA5532DR // ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne5532.pdf – (дата обращения 23. 05. 2018).
• 14. Документация для линейного регулятора LM1117 // ST – URL: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1117.pdf – (дата обращения 25. 05. 2018).