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[参考译文] 心脏信号扩增。

Guru**** 651100 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, OPA344, TL082, TL072, TSV911, TL072H
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1204129/amplification-of-cardiac-signal

主题中讨论的其他器件:TINA-TIOPA344TL082TL072TSV911、TL072H

大家好!

我是来自菲律宾的农业和生物系统工程专业学生 John Mark Ludovice、目前正在从事本科研究。 我正在 尝试使用光体积描记原理开发一种手持自动蛋筒烛台。 但是、我很难使放大和过滤回路正常工作。

我尝试使用截止频率为16Hz 的 OPA344放大器放大心脏信号。 然后、我应用了一个截止频率为23MHz 的无源 RC 高通滤波器。 然后、我加入了一个比较器来检测峰值。 我使用 TINA-TI 对其进行了仿真、结果如下:

但是、每当我尝试创建原型时、系统都非常不稳定。 我已经尝试在 OPA344的输出引脚上放置一个探针、但是信号并不符合预期。 我对电子产品了解甚少、甚至根本不了解、因此我迫切需要一些帮助。

谢谢!

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    您好、John:

    我会尝试通过以下方式优化电路:

    1.选择足够小的反馈电阻器,以使 OPAMP 的输出永远不会发生削波,即使在高强度的环境光下也不会发生削波。 因为当 OPAMP 的输出削波时、光电二极管将反向偏置、并可能损坏 OPAMP。 在任何情况下、您都保留了共模输入电压范围、OPAMP 的行为可能非常怪异。

    ->无论你做什么, OPAMP 绝不能削波!

    我会将两个反并联 BVA99并联安装到光电二极管、如本主题中所述:

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1195704/opa356-current-or-voltage-limiter-for-tia-to-in-

    我甚至会考虑使用双极电源电压运行 OPAMP。 +4V 和-1V 是一个好主意。 然后、您将不再需要伪接地生成(R2、R3和 C3)、而是可以将 OPAMP 的正输入直接连接到信号接地。 并且由于高强度环境光而削减 OPAMP 的输出也不再是问题。

    2.反馈电容过大,会破坏 OPAMP 的稳定。 取22pF 和100pF 之间的值、而不是134.7nF。 如果您想对信号进行低通滤波、则不要在 OPAMP 的反馈环路中进行低通滤波、而是稍后在信号链中进行。

    3.切勿用示波器探头或万用表直接触碰 OPAMP 的任何引脚,但始终先插入一个隔离电阻。 数据表中并未使用这项。 请参见图5。 我建议使用100...220R 隔离电阻器。

    4.在实验过程中、运算放大器很有可能已经损坏。 因此、最好使用全新的 OPA344并再次检查。

    5.在使用单电源运行电路之前、您可能希望先使用双极电源电压开始实验。 这将大大简化电路。 我建议先使电路使用 TL082 (或类似产品)和两节9V 电池(+/-9V)工作、然后再通过单电源电压和 OPA344工作。

    分裂和征服!  

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    您好、Kai!

    非常感谢您的建议。 不过,我要作进一步澄清。

    我正在使用 Vishay BPV23NF 光电二极管捕获心脏信号。 您是否认为我使用的反馈电阻已经足以正确放大信号? 根据光电二极管的数据表、其短路电流为65微安、我将该值用作本设计的参考。

    此外、在项目编号 3、您提到我应该在电路的后续阶段对信号进行滤波。 您的意思是我必须使电路像这样的跨阻放大> LP 过滤> HP 过滤>比较器?

    谢谢!

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    您好、John:

    我正在使用 Vishay BPV23NF 光电二极管捕获心脏信号。 您是否认为我使用的反馈电阻已经足以正确放大信号? 根据光电二极管的数据表、它的短路电流为65微安、我将其用作设计参考。

    65µA μ m 属于仅1mW/cm^2的辐照度。 因此、可能会有更高的输出电流。

    我将采用赤裸裸的 TIA、进行我建议的校正、并将一个万用表连接到输出。 开始时、使光电二极管与环境光屏蔽。 然后缓慢小心地拆下屏蔽物并测量 TIA 的输出电压。 这可以让您了解适当的反馈电阻。  

    您的意思是我必须做这样的电路互阻抗放大> LP 过滤> HP 过滤>比较器吗?

    是的、听起来很合理。 但首先关注 TIA +低通滤波器。 在后面的步骤中解决高通滤波器和比较器部分。 否则、当你想要同时解决所有问题时、你可能会陷入困惑。

    分裂与征服!

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    您好、Kai!

    这是否意味着我必须对反馈电阻的最佳值进行试错? 此外、此电路是否与您推荐给我的电路相同? 请忽略这些值、因为这些值尚待确定。 我目前主要关注的是连接。

    如果我似乎有点慢,我道歉。 由于我在电子学方面的基础较弱、因此很难将您的建议整合到电路中。

    我们衷心感谢您的答复。

    此致、

    JM

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    您好、John:

    欢迎使用 E2E! :)  

    如果您尚未查看此参考设计、我们提供一个 光电二极管放大器电路参考设计、来帮助您设计此部分电路: https://www.ti.com/lit/pdf/SBOA220A 

    这提供了关于 Kai 刚才提到的反馈值的更多信息、也可以通过这种方式计算。  

    我还建议对仿真进行隔离、以确保在整合比较器段之前具有滤波功能的运算放大器是稳定的。  
    我们 这里有一个有关稳定性仿真的 TI 高精度实验室视频。  

    如果您还有其他问题、敬请告知。
    谢谢!

    此致、
    Ashley

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    您好、John:

    我会从这个电路开始:

    这是否意味着我必须进行试验和错误以获得我的反馈电阻的最佳值?

    是的、当然可以。 除非您从理论上知道应用的最大光强度、否则必须通过实验找到合适的反馈电阻器  

    "IG1"表示光电二极管。 BAV99与 R2相结合、在断电期间保护 OPAMP。 C2是确保稳定性所必需的。 10k 反馈电阻器可设置电路的增益、可能过小、但可以根据您的需求轻松增大。 R3将 OPAMP 的输出与示波器或数字电压表等电容负载隔离、可确保稳定性。

    TL072在此配置下相当稳定、并可与两个9V 电池一起正常工作。

    找到合适的反馈电阻器 R1后、我们将讨论低通和高滤波器部分

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    您好、Kai!  

    非常感谢您的帮助。 不过、我一直在尝试采购一些 TL072H 运算放大器、但似乎本地没有、因此我必须从国际商店购买、并在它到达之前等待一周。 您认为我可以在等待 TL072H 时使用 OPA344执行此配置吗? 目前我拥有的运算放大器是 OPA344、TSV911和 MAX4400。

    谢谢!

    此致、

    JM

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    您好、John:

    我所指的不是 TL072H、而是旧款很好的 TL072CP。 TL071CP 或 TL074CN 也会这样做。 TL082CP、TL081CP 或 TL074CN 也会这样做。 至少其中一个应该可以在您居住的地方使用。

    要使用两节9V 电池、运算放大器必须能够承受至少+/-10V (或20V)的电源电压、这一点非常重要。

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    您好、Kai!  

    我能够获得一些 TL072CP 运算放大器。 今晚我将执行这个电路、并且我将提供它运行方式的更新。 我还将尝试使用不同的反馈电阻。

    谢谢!

    此致、

    John

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    祝你好运

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    您好、Kai!

    我希望你们做得好。 我曾尝试执行过电路、但遇到不稳定的信号。 你认为执行可能会出什么问题? 我确保了组件已正确连接、并尝试使用全新的放大器进行每次测试、但尽管光强度始终不变、但仍然得到波动的结果。  

    e2e.ti.com/.../336018750_5F00_6063308050371414_5F00_7630071792950563900_5F00_n.mp4

    谢谢!

    此致、

    John  

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    您好、John:

    此外、还应连接 TL072中的第二个运算放大器。 将其+INPUT 连接到信号地、将-INPUT 连接到该 OPAMP 的输出。 至此、OPAMP 可运行为单位增益跟随器。

    很难说哪里出了问题。 您是否在电源电压引脚上测量了电源电压? 它大约是9V 吗?

    在 OPAMP 的每个电源电压引脚与信号接地之间必须有100nF 去耦电容器。 请参阅数据表第9-10节和第9.6.1节。

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    您好、Kai!

    我会尝试把这个应用到电路。 我保留了第二个放大器的引脚、因为我认为这不会影响系统。 我将再次提供更新。 感谢您的一贯响应。 这对我们帮助很大。

    此致、

    John

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    您好、Kai!

    电路现在更加稳定、能够对光强度的增加进行线性响应。 我所做的是、我刚刚构建了电路、然后直接在光电二极管上照射了一个红外发射器、因此它具有响应性、但我需要的是能够读取通过卵子传递的红外信号以测量其心率(PPG)。  我注意到、当我从100千欧跳到549千欧时、放大信号的值几乎没有差异。 我尝试使用较高的电阻值、但行为保持不变。  

    我尝试了研究这个问题,但我似乎没有在互联网上找到一个解决方案。 我该怎么办?

    谢谢!

    此致、

    John

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    您好、John:

    请牢记、TL072的输出变为低于正电源电压1...2V 的饱和状态。 但是将反馈电阻器从100k 增加到549k 一定会增加增益(互阻抗)。 我自己在一个简单的 TIA 中使用 TL072,它工作的很好