Transcript BE-3

สุริยา วิทยา
ประดิษฐ์
[email protected]
วัตถุประสงค์
Copyright © S.Witthayapradit 2012
 การใช้ ออปแอมป์ ในการขยายสัญญาณ
 ชนิดของการขยายสัญญาณโดยใช้ ออปแอมป์
 ช่ วงการตอบสนองความถี่ของวงจรขยายสัญญาณ
 ตัวอย่ างการใช้ งานทางชี วแพทย์
Biomedical
Amplifier
Copyright © S.Witthayapradit 2012
 มีอัตราขยายสัญญาณคงที่
 มีช่วงการทางานทางความถี่กว้ าง
 มีความต้ านทานทางอินพุตสูงมาก
 มีความต้ านทานทางเอาต์ พตุ ตา่
Amplifier
Copyright © S.Witthayapradit 2012
Positive Supply
 BJT
 JFET
 MOSFET
 Op-Amp
 etc.
-
Inverting
Output
+
Non-Inverting
Negative Supply
3
3 mm
.
m
m
.
1.45 mm
Operational Amplifier
; Op-Amp
Copyright © S.Witthayapradit 2012
+
+
V id
-
VCVS Equivalent
Rin
-
Rout
+
- A ocvi
Ideal OpAmp
อัตราขยายวงรอบเปิ ดเป็ นอนันต์ (AOL=)
ความต้ านทานทางอินพุตสูงเป็ นอนันต์ (Rin=)
ความต้ านทานทางเอาต์ พตุ เท่ ากับศูนย์ (Rout=0)
แรงดันระหว่ างขัว้ เข้ าทั้งสองเท่ ากับศูนย์ (Vid=0)
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
Inverting Amplifier
Non-Inverting
Amplifier
Summing Amplifier
Difference Amplifier
Instrumentation
Amplifier
Inverting
vout
Amplifiers
Av 
Copyright © S.Witthayapradit 2012
i2
R2
i1
vin
vs
vin
V CC
R1
+
V id = 0
-
-
vout
+
V EE
vin  i1R1
vout   i2 R 2
R2
Av  
R1
Inverting
Amplifiers
v
R
Copyright © S.Witthayapradit 2012
Av 
out
vin

+ vout
2
R1 < R2
V CC
R1
-vin
R2
+ vin
V CC
vin
vs
R1
-
vout
+
V EE
V EE
-vout
R2

R1
Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
2.0V
R2
PARAMETERS:
R1
U1
4
Vi n
VCC
0V
5
{VAR}
-
V+
VA R = 10 0K
100K
+
2
3
V-
OUT
0
1
MA X4122 EUK
V
-2.0V
VE E
-500mV
0V
V(U1:OUT)
Vin
500mV
Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
1
20
2
180d
10
0d
0
Phase
-10
>>
-20
20 log
Amplitude
-190d
1.0Hz
1
vout
vin
100Hz
VDB(R2:2) 2
10KHz
1.0MHz
vp(R2:2)
Frequency
Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
1
100
2
180d
40dB
20db
0
>>
-100
Phase
60dB
90d
0d
1.0Hz
1
100Hz
VDB(R2:2) 2
10KHz
vp(R2:2)
Frequency
1.0MHz
Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
+ 2.5V
R1
vin
1MW
R2
1MW
1
X4
A
M
Triangle
wave
volt = 6 vP-
22
-2.5V
vout
Inverting
Amplifiers
CH.1
Copyright © S.Witthayapradit 2012
+ 2.5V
R1
vin
1MW
R2
1MW
1
X4
A
M
22
-2.5V
CH.2
vout
Non-Inverting
Amplifiers
R
Copyright © S.Witthayapradit 2012
vin  i1R 1
i2
2
VCC
i1
R1
vout  i2 R 2  vin
vin
vout
 i2 R 2  i1R 1
i1  i2  i
+
vs
VEE
vout i (R1  R 2 ) R 2
Av 


1
vin
iR 1
R1
Non-Inverting
Amplifiers+ v
Copyright © S.Witthayapradit 2012
out
R2
V CC
i2
VCC
i1
R1 < R2
R1
vin
vout
+
-vin
vs
+ vin
VEE
 R2

 R1
vout R 2
Av 

1
vin
R1

  1

V EE
-vout
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
R2
2.0V
PARAMETERS:
R1
U1
4
VCC
5
{VAR}
-
V+
VA R = 10 0K
100K
Vac
3
+
V-
OUT
1
0V
MA X4122 EUK
2
0
VE E
-2.0V
-500mV
0V
V(R:2)
V_V3
500mV
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
20
1
100d
10
50d
0
0d
-10
-50d
-20
1
2
>>
-100d
1.0Hz
VDB(R2:2)
2
10KHz
Vp(R:2)
Frequency
10MHz
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
2.0V
0V
-2.0V
0s
1.0ms
V(R2:2)
2.0ms
V(Vin)
Time
3.0ms
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
+ 2.5V
R1
180KW
R2
18MW
41
X
MA
22
vin
vout
-2.5V
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
+ 2.5V
R1
18KW
R2
18MW
1
X4
A
M
22
vin
vout
-2.5V
Non-Inverting
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
PhotoPlethysmography;PPG
3V
U1
TCRT1000
A
C
22
U1
MAX4122
R1
47W
MA
X4
1
R2
4.7KW
C1
1uF
Copyright © witthayapradit.2009.
Department of Electronic Engineering
Mahanakorn University of Technology
C2
47nF
B
R5
4.7MW
R3
470KW
R4
47KW
Summing
Amplifiers
Copyright © S.Witthayapradit 2012
vin1
KCL ที่ node
1
1
i1
i1  i2  iF
vin2
vin 1  0 vin 2  0 0  vout


R1
R2
RF
vout
R1
vout
VCC
iF
R2
i2
Vid = 0
 RF

RF
 
vin 1 
vin 2 
R2
 R1

R1 = R2 = R
RF
RF
vin 1  vin 2 

R
vout
+
VEE
Summing
Amplifiers[SPAN]
1.0V
Copyright © S.Witthayapradit 2012
-0.2V ~
R1
+0.2V
2M , 4M ,
6M
RF
Vi n1
R2
U1
4
Vi n2
-
0V
2M
{VAR}
2
0V
0
vout
+
V-
OUT
3
6M
VCC
5
{VAR}
V+
2Me g
4M
VE E
1
MA X4122 EUK V
-1.0V
-200mV
0
 RF

RF
 
vin 1 
vin 2 
R2
 R1

0V
V(RF:2)
Vin1
200mV
Summing
Amplifiers[ZERO]
VAR= 6MW
Copyright © S.Witthayapradit 2012
-0.2V ~
+0.2VR1
2.0V
RF
Vi n1
R2
U1
4
Vi n2
VCC
5
{VAR}
-
0V
V+
2Me g
{VAR}
0 , -0.3 , 0.6
0
vout
+
2
3
V-
OUT
VE E
1
MA X4122 EUK V
-2.0V
-200mV
1
V(RF:2)
 RF

RF
 
vin 1 
vin 2 
R2
 R1

0V
Vin1
200mV
วิเคราะห์ ปัสสาวะ
(Urinalysis)
Copyright © S.Witthayapradit 2012
 การตรวจคุณสมบัตทิ างกายภาพ
• สี (color) , ความขุ่น(turbidity) , ความถ่วงจาเพาะ(Specific Gravity)
 การตรวจคุณสมบัตทิ างเคมี
• pH , โปรตีน , น้ าตาล , คีโตน , เม็ดเลือด , บิลิรูบิน
 การตรวจด้ วยกล้ องจุลทรรศน์
• เซลล์ , คาสท์ , ผลึก , ตะกอน
pH Electrode
Copyright © S.Witthayapradit 2012
pH Electrode
Copyright © S.Witthayapradit 2012
V
m
20
4
-
~
V
m
20
4
+
Buffer &
Amplifier
0 mV ~ 1400mV
VOUT
1400m V  0 m V
K 

V IN
420m V  (420m V )
1400m V

 1.6666
840m V
pH Measurement
Copyright © S.Witthayapradit 2012
Vin2 = 0V
R1
RF
2Me g
3.3Meg
Vi n1
U1
4
Vi n2
-
V+
R2
1.0V
VCC
5
V
3.3Meg
0
+
1
0V
MA X4122 EUK V
2
3
V-
OUT
VE E
-1.0V
-500mV
V(RF:2)
0V
V(Vin1)
Vin1
500mV
pH Measurement
Copyright © S.Witthayapradit 2012
Vin2 = -700mV
1.5V
1.0V
0.5V
0V
-500mV
V(RF:2)
0V
Vin1
500mV
Reference
Copyright © S.Witthayapradit 2012
[1] John G.Webster , “Medical Instrumentation
Application and Design” , Third edition ,
JOHN WILET & SONS. ,1998
[2] Sergio Franco , “Design with Operational
Amplifiers and Analog Integrated Circuits” ,
Third edition , McGraw-Hill , 2002.
[3] Muhammad H.Rashid , “Microelectronic
Circuits : Analysis and Design“, PWS
Publishing , 1999.
[4] Thomas L.Floyd ,”Electronic Devices” ,
International Edition , Prentice Hall , 2005.
EEET0470
Biomedical
Electronics
The End
Q & A
สุริยา วิทยา
ประดิษฐ์
[email protected]
Exercises
Copyright © S.Witthayapradit 2010
1. ถ้าให้ vin2 = 0 จงหาค่า vout1 กับ vout2 และ vout
vin1
+
vout1
+
vout1 = _______
vout
vout2 = _______
R
RG
R
-
vin2
+
vout2
vout = _______