Esercitazione
Realizzazione di un pulsossimetro analogico
Schema a Blocchi
Generatore
d’onda quadra
Sistema Ottico
Led-PD
Rivelatore di
inviluppo
Convertitore I-V
Filtro
Passa banda
Blocchi necessari
1.
2.
3.
4.
5.
Generatore di onda quadra
Diodo emetitore e fotorivelatore
Convertitore corrente – tensione
Filtro passa banda
Rivelatore di inviluppo
* Dopo il rivelatore di picco il segnale andrà interpretato per fornire
l’informazione necessaria
Generatore d’onda quadra
Questo semplice schema fornisce
all’uscita un’onda quadra di frequenza
dipendente dai valori di R e C.
f0 
Astabile con Op-Amp
1
R2 

2 RC ln 1  2

R1 

Funzionamento Astabile
Trigger di Schmitt + Cella RC
OpAmp semplice: Vout = A(V+ - V-)
Vout=L+ se Vi>VTH allora Vout=L-
Vout=L-
Punto fondamentale: Reazione Positiva!
se Vi<VTL allora Vout=L+
Funzionamento Astabile
La cella RC rende automatico il meccanismo di Vi che fa avvenire la commutazione
v  L  ( L  L )e t /
1   ( L / L )
T1   ln
1 
v  L  ( L  L )e t /

R1
R1  R2
1   ( L / L )
T2   ln
1 
f0 
1
R2 

2 RC ln 1  2

R1 

Generatore d’onda quadra
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 fotorivelatore
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 - 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 banda
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:
1
f0 
2 C1C2 R1 R2
f0
Q

B
R2C1C2
1
R1 C1  C2
Funzionamento Filtro passa banda
Calcolo della fdt Vout/Vin :
Determiniamo Vx:
Vout - 0 = R2IR2
0 – Vx = IC1/SC1
Vout
IC2
IR2
IC1
IR1
X
0V
0A
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 banda
Si ottiene la seguente fdt
Vout
1
S

Vin
C2 R1  2

C1  C2
1
S  S C C R  C C R R 
1 2 2
1 2 1 2

La generica funzione di un filtro passa banda del II ordine risulta
Vout
a1S

Vin S 2  S 0   2
0
Q
Per confronto otteniamo
1
0 
C1C2 R1 R2
R2C1C2
1
Q
R1 C1  C2
Funzionamento Filtro passa banda
Una fdt di questo tipo
Ha il seguente andamento
Vout
a1S

Vin S 2  S 0   2
0
Q
Filtro passa banda
Lo 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 inviluppo
Il 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.