2.2. Защита измерительного усилителя от статических разрядов и импульса дефибриллятора

Электроды в промежутках между обследованиями располагаются произвольно, в том числе и падают на пол. Когда их вновь берет медсестра, возможны разряды статического электричества. Входные каскады могут выходить из строя. Кроме того в электрокардиографии приборы должны быть защищены от импульсов дефибриллятора. У дефибриллятора импульсы до 5 кВ. Они не только способны вывести из строя микросхемы но и представляют опасность для персонала.

На рис.2.9. приведена схема защиты от дефибриллятора и разрядов статического электричества.

Рис.2.9. Схема защиты от импульсов дефибриллятора с высоковольтными резисторами и диодами

На входе усилителя устанавливаются защитные резисторы и диоды, которые ограничивают импульсы. Резисторы должны быть мощные и высоковольтные.

2.3. Измерительный усилитель в одном корпусе

Для реализации усилителя биопотенциалов (УБП) обычно используют инструментальные усилители, структурная схема которого показана на рис.2.9.

Рис. 2.9 Инструментальный усилитель на трех ОУ

Для этой схемы величины сопротивлений должны удовлетворять соотношению R2/R3 = R5/R4, кроме того, обычно выбирают R2 = R3. Тогда выходное напряжение определяется простой формулой:

Как следует из (2.2.11), в этом случае сохраняется возможность регулировки усиления при помощи одного резистора, а коэффициент передачи синфазного сигнала при правильном выборе величины R7 и идеальных ОУ равен нулю. Благодаря этим положительным свойствам схема на трех ОУ является базовой при построении высококачественных инструментальных усилителей, предназначенных, в частности, для усиления и регистрации биоэлектрических сигналов. При этом ОУ и пассивные элементы формируются на одном кристалле в виде интегральной микросхемы, а высокие качественные показатели достигаются путем технологической подгонки элементов в процессе изготовления.

Примером инструментального усилителя, специально предназначенного для использования в медицинских системах, может служить микросхема AD620AN фирмы Analog Devices. PIN конфигурация схемы AD620AN представлена на рис.2.10.

Рис.2.10. PIN конфигурация схемы AD620AN

Микросхема, размещенная в 43стандартном 8-выводном DIP-корпусе, представляет собой ДУ на трех ОУ. Высокая симметрия схемы обеспечивается технологически с помощью лазерной подгонки параметров электронных компонентов в процессе изготовления. Усилитель AD620AN работает в диапазоне питающих напряжений ±(2,3−18)В, допуская регулировку коэффициента усиления в пределах от 1 до 1000 путем изменения величины одного внешнего резистора. Значение коэффициента ослабления синфазного сигнала при коэффициенте усиления 10 и разбалансе сопротивлений источника сигнала 1 кОм превышает 100 дБ. Усилитель обладает большим входным сопротивлением по постоянному току (10 ГОм) и весьма низким уровнем собственных шумов [8].

2.4. Преобразующее устройство

На измерительный усилитель приходят два сигнала, а от генератора мы получаем только один. Преобразующее устройство предназначено для того, чтобы сигнал, полученный от генератора, можно было подать на измерительный усилитель.

Благодаря преобразующему устройству на лабораторном стенде можно реализовывать:

- подачу синфазного и противофазного сигнала;

- подачу постоянной составляющей.

Преобразующее устройство состоит из 4 каскадов: буферный каскад, два классических дифференциальных усилителя, схема с инвертированием по выбору. Эти каскады будут рассмотрены ниже. Принципиальная схема преобразующего устройства приведена на рис.2.11.

Рис.2.11. Принципиальная схема преобразующего устройства