3. Усилители биопотенциалов. Назначение и особенности.

Особенностью работы УБП является усиление очень слабых сигналов, например электрокардиосигналов (ЭКС), на фоне сильных помех, возникающих в результате наводок сети на теле пациента. Они обусловлены наличием емкостной связи между пациентом сетью и заземленным проводом. Для усиления ЭКС применяют дифференциальный усилитель (ДУ). Относительно его входов наводка сети представляет собой синфазный сигнал (одинаковый по величине и фазе). Для его подавления применяют УБП с большим коэффициентом относительного ослабления синфазного сигнала и устройство активного подавления синфазной помехи (рис. 2.1 а). Полезный сигнал снимается с активных электродов, например R и L, и через повторители П поступает на дифференциальный усилитель ГП. Усредненная синфазная помеха с повторителей поступает на вход усилителя, инвертирующий (ПН), с выхода которого сигнал, усиленный в КN раз в противофазе подается на любую электрически пассивную точку N, например, на правую ногу. Благодаря этому происходит подавление синфазной помехи минимум в КN + 1 раз. Подавление помех сильно зависит от степени симметрии тракта усиления дифференциального сигнала, особенно входной цепи, и определяется качеством наложения электродов. При идеальной симметрии пути не будет искажать полезный сигнал на выходе. При наличии асимметрии возникает паразитный дифференциальный сигнал, обусловленный действием синфазной помехи (рис 2.1 б).

а	б
Рисунок 2.1 – УБП (обозначения на рисунках укр.)

Здесь между входами повторителей действует разностно-синфазный сигнал

.

Учитывая то, что обычно имеем

(2.1)

Помеха на выходе равна

.

Величина определяет влияние асимметрии входной цепи на помеху во входном сигнале

(2.2)

Во время регистрации ЭКГ возникают большие помехи, вызванные движениями пациента (артефакты). Для восстановления нулевого уровня сигнала применяют автоматические схемы успокоения, которые на некоторый промежуток времени (3-5 с) открывают электронный ключ, закорачивает выход ПСП.

4. Измерительный усилитель, стабилизированный прерыванием.

Первый усилитель с прерыванием (chopper) был создан более 50 лет назад с целью победить дрейф усилителей постоянного тока; в нем сигнал постоянного тока преобразовывался в переменный сигнал. В первоначальном варианте применялось преобразование сигнала с помощью электронных ключей с последующей синхронной демодуляцией для восстановления сигнала постоянного тока на выходе. Эти усилители имели очень ограниченную полосу пропускания и требовали последующей фильтрации сигнала для подавления значительных выбросов напряжения, вызванных работой схемы переключения.

Принцип работы усилителя с автокоррекцией нуля

Усилитель с автокоррекцией нуля обычно работает в две фазы, как показано на рис. 1a и 1b. Упрощенная схема состоит из усилителя автоподстройки нуля (A_A), основного (широкополосного) усилителя (A_B), конденсаторов, на которых сохраняется значение напряжения (C_M1 и C_M2) и переключателей входов/конденсаторов. Весь усилитель показан в стандартном включении с коэффициентом усиления больше единицы.

Рис. 1. Две фазы работы усилителя с автоподстройкой нуля

Во время Фазы A (рис. 1a), фазы установки нуля вспомогательного усилителя, входной сигнал подается только на основной усилитель (A_B); на вход установки нуля основного усилителя подается напряжение, сохраненное на конденсаторе C_M2; усилитель автоподстройки нуля (A_A) измеряет свое собственное смещение, сохраняя значение корректирующего напряжения на C_M1. Во время фазы B усилитель автоподстройки нуля имеет нулевое значение напряжения смещения, так как оно скорректировано за счет напряжения, сохранившегося на С_M1.Этот усилитель (A_A) усиливает напряжение смещения на входе основного усилителя и подает корректирующий сигнал на вход установки нуля основного усилителя и на конденсатор C_M2.

2.1 Расчет простейших усилительных каскадов.

ивертирующий

Неинвертирующий

Дифференциальный