2475 EKG.pdf

Projekty AVT

EKG

2 4 7 5

Niemal każdy Czytelnik EdW miał do czy−

nienia z elektrokardiografem (EKG). Prawie

wszyscy wiedzą, że urządzenie to za pomocą

elektrod mocowanych na ciele pacjenta wy−

krywa i rejestruje niewielkie napięcia zmien−

ne, wytwarzane przez organizm. Kształt uzy−

skanego przebiegu niesie wiele informacji.

Właśnie na podstawie kształtu przebiegu le−

karz może zdiagnozować choroby i określić

stan serca badanej osoby.

Oczywiście potrzebna jest do tego duża

wiedza medyczna. To zagadnienie niewątpli−

wie wykracza poza ramy niniejszego artyku−

łu, a nawet czasopisma.

Czytelnicy EdW są zainteresowani stroną

elektroniczną EKG, o czym świadczą listy

i e−maile nadesłane po zaprezentowaniu przed

kilkoma miesiącami przedruku z Elektora,

opisującego stopień wejściowy amatorskiego

elektrokardiografu. Niniejszy artykuł przybli−

ża zagadnienie i zawiera opis prostego urzą−

dzenia, pozwalającego w warunkach amator−

skich zaobserwować przebiegi, wytwarzane

przez pracujące serce. Urządzenie ma służyć

przede wszystkim celom edukacyjnym i mo−

że być podstawą pracy dyplomowej. Zapre−

zentowane rozwiązania można zastosować

w innych przyrządach. Dlatego z treścią arty−

kułu powinni się zapoznać także ci, którzy nie

planują budowy tego interesującego układu.

Choć projekt jest oznaczony trzema gwiazd−

kami, jego montaż i uruchomienie nie powin−

ny sprawić trudności średnio zaawansowa−

nym hobbystom.

Prezentowany przyrząd nie jest pełnowar−

tościowym elektrokardiografem, nie posiada

bowiem części obrazującej mierzone przebie−

gi. W najprostszym przypadku przebiegi moż−

na obejrzeć za pomocą jakiegokolwiek oscy−

loskopu. Interesującą opcją będzie wykorzy−

stanie wejścia karty muzycznej, obecnej

w prawie każdym komputerze i nagranie prze−

biegu do pliku .wav lub obejrzenie na kompu−

terowym „oscyloskopie“. Przebiegi EKG za−

wierają składowe o niskich częstotliwościach,

dlatego wejście karty w miarę możliwości po−

winno być sprzężone stałoprądowo.

Kto czuje się na siłach, może dobudować

autonomiczny blok obrazujący wyniki, na

przykład w formie przystawki z przetwor−

nikiem A/D, mikroprocesorem i wyświetla−

czem graficznym LCD.

Osoby i zespoły, które mają jakiekolwiek

doświadczenia w tym zakresie albo zbudują

i przetestują opisywany układ, proszone są

o listy.

Głównie z tych dwóch względów w apa−

raturze medycznej stosuje się specjalnie se−

lekcjonowane, kosztowne podzespoły naj−

wyższej klasy oraz wykorzystuje niespotyka−

ne gdzie indziej rozwiązania, wykluczające

możliwość porażenia prądem.

W przypadku elektrokardiografu problem

niezawodności nie jest tak ostry, ponieważ nie

jest to urządzenie bezpośrednio podtrzymują−

ce czy ratujące życie. Najważniejsze są kwe−

stie bezpieczeństwa, ponieważ elektrody

przyrządu są mocowane wprost na ciele pa−

cjenta. Awaria powodująca przepływ prądu

przez ciało może spowodować śmiertelne po−

rażenie. Przed konstruktorem stoją dwa głów−

ne zadania. Jednym jest zapewnienie absolut−

nego bezpieczeństwa, czyli wyeliminowanie

jakiegokolwiek ryzyka porażenia prądem.

Drugim jest wyłowienie małego sygnału uży−

tecznego z wszechobecnych „śmieci”, głów−

nie przydźwięku sieci energetycznej.

Niesprzyjającą okolicznością jest fakt, że

użyteczny sygnał elektryczny, wytwarzany

przez pracujące serce ma amplitudę rzędu co

najwyżej pojedynczych miliwoltów. Rezy−

stancja skóry jest stosunkowo duża, rzędu ki−

loomów. Współpracujący wzmacniacz musi

mieć bardzo dużą rezystancję wejściową,

rzędu megaoma lub lepiej więcej. W takich

warunkach wszechobecne „śmieci” – indu−

kujące się w przewodach i sondach mogą

mieć amplitudy setki lub tysiące razy więk−

sze niż sygnał użyteczny.

Z takich względów w obwodach wejścio−

wych elektrokardiografów stosuje się

wzmacniacze różnicowe, pozwalające wyło−

wić mały sygnał użyteczny, występujący na

tle silnych zakłóceń.

Do wykonania opisanego układu nie jest

konieczna dogłębna znajomość właściwości

wzmacniaczy różnicowych, problemu

Uwagi ogólne

Zgodnie z powszechną opinią, przyrządy uży−

wane w medycynie są bardzo skomplikowane

i muszą spełniać bardzo surowe wymagania.

Obowiązujące przepisy nakładają na kon−

struktora sprzętu medycznego obowiązek

wprowadzenia odpowiednio skutecznej izo−

lacji galwanicznej od sieci, a także innych

rozwiązań, wykluczających możliwość pora−

żenia pacjenta. W prezentowanym projekcie

zastosowano rozwiązania chroniące przed

porażeniem. Prezentowany przyrząd nie był

jednak sprawdzany na zgodność z przepisa−

mi dotyczącymi aparatury medycznej. Jest

to tylko układ pokazujący, jak można prze−

prowadzić pomiary, a kto chciałby dołączyć

go do ciała ludzkiego, uczyni to na własną

odpowiedzialność.

Przed konstruktorami aparatury medycz−

nej stoją dwa najważniejsze problemy:

− zapewnienie pacjentowi absolutnego

bezpieczeństwa

− niezawodność, zwłaszcza w przypadku

urządzeń do ratowania i podtrzymywania

życia.

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

tłumienia sygnału wspólnego i zakresu uży−

tecznych napięć wejściowych. Początkują−

cym Czytelnikom warto jedynie wyjaśnić, że

wzmacniacz różnicowy ma dwie końcówki

wejściowe o jednakowych parametrach. Żad−

na nie jest w jakikolwiek sposób wyróżniona.

W „zwykłym” wzmacniaczu są dwie koń−

cówki wejściowe, ale jedna z nich jest na sta−

łe połączona do masy. Nazywa się ją koń−

cówką zimną. Druga końcówka – tzw. „gorą−

ca“ – jest podłączona do wejścia wzmacnia−

cza. Tym samym „zwykły“ wzmacniacz

wzmacnia napięcie występujące między ma−

są a końcówką gorącą.

We wzmacniaczu różnicowym oba wej−

ścia są „gorące“ i żadne nie jest na stałe po−

łączone z masą. Zwykle we wzmacniaczu

różnicowym wyprowadzona jest też trzecia

końcówka – masa. Ale nie jest ona traktowa−

na jako wejście, tylko właśnie masa. Wzmac−

niacze różnicowe są też nazywane syme−

trycznymi i znajdują powszechne zastosowa−

nie w profesjonalnym sprzęcie audio. Działa−

nie wzmacniaczy “zwykłego“ i różnicowego

ilustruje rysunek 1 .

Wzmacniacz zgodnie ze swą nazwą

wzmacnia tylko sygnał różnicowy, czyli róż−

nicę napięć między dwiema gorącymi koń−

cówkami. Co najważniejsze, jeśli na obie

„gorące“ końcówki zostanie podany ten sam

sygnał (sygnał wspólny względem masy),

wzmacniacz nań nie reaguje. Nie tylko go

nie wzmacnia, ale w idealnym przypadku

powinien go całkowicie stłumić, czyli na

wyjściu nie powinien pojawić się nawet ślad

tego sygnału wspólnego. Rzeczywiste

wzmacniacze różnicowe mają pewne ograni−

czenia, między innymi nie tłumią idealnie

sygnału wspólnego i mają ograniczony za−

kres roboczych napięć wejściowych (wspól−

nych i różnicowych). Nie trzeba wgłębiać się

w szczegóły, wystarczy wiedzieć, że przy

pomiarach za pomocą EKG sytuacja wyglą−

da mniej więcej, jak na rysunku 1g. Maleńki

sygnał użyteczny U S występuje razem z du−

żym wspólnym sygnałem zakłócającym U Z .

Ten sygnał zakłócający to głównie przebiegi

o częstotliwościach sieci energetycznej

(50Hz i harmoniczne), indukujące się pod

działaniem pól magnetycznego i elektrosta−

tycznego w sondach, przewodach, a nawet

w ciele człowieka.

Aby oddzielić niewielki sygnał użyteczny

od zakłócającego sygnału wspólnego, oprócz

dwóch „gorących” elektrod dołączanych do

klatki piersiowej pacjenta, stosuje się trzecią

elektrodę (masę), również dołączoną do cia−

ła, w pewnej odległości od dwóch pozosta−

łych elektrod.

Takie połączenie pozwala wyeliminować

a raczej zminimalizować wpływ sygnału za−

kłócającego. Należy tu dodać, że najważniej−

sza zakłócająca częstotliwość (50Hz) leży

w zakresie występowania sygnałów użytecz−

nych. Nie można jej więc odfiltrować za po−

mocą jakiegoś prościutkiego filtru.

W opisywanym układzie nie zastosowano

najprostszego

wzmacniacza

różnicowego

z jednym

wzmacnia−

czem opera−

cyjnym, tylko

klasyczny

wzmacniacz

różnicowy

z trzema

wzmacniacza−

mi operacyj−

nymi – zobacz

rysunek 2 .

W układzie z rysunku 2b całkowite wzmoc−

nienie wyznaczone jest przez stosunki

RB/RA oraz RD/RC. Co ważne, wejściowa

rezystancja jest bardzo duża, a w przypadku

zastosowania wzmacniaczy z wejściami

FET bądź MOSFET prądy polaryzujące są

znikome. Wzmacniacz o schemacie z ry−

sunku 2b umożliwia uzyskanie na wyjściu

wzmocnionego sygnału użytecznego, który

może być przetworzony i zobrazowany na

ekranie. Sam w sobie nie zapewnia jednak

wymaganego stopnia ochrony przed pora−

żeniem. Dlatego w proponowanym projek−

cie na wszelki wypadek zastosowano do−

datkowe środki. Po pierwsze dodano na

wejściach różnicowych wzmacniacza rezy−

story o dużej wartości. Skutecznie ograni−

czą prąd, jaki w przypadku niespodziewa−

nej awarii mógłby popłynąć przez ciało,

a nie będą mieć znaczącego wpływu na

działanie układu ze względu na znikome

prądy polaryzacji wejść. Po drugie, wpro−

wadzono izolację galwaniczną za pomocą

transoptora. Po trzecie, część dołączana

do ciała jest zasilana z baterii.

Rys. 2 Wzmacniacze różnicowe

Rys. 1 Wzmacniacze

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

Uproszczony przykład izolacji galwanicz−

nej za pomocą transoptora pokazany jest na

rysunku 3 .

Ponieważ przy normalnej pracy wzmac−

niacza operacyjnego napięcia na obu jego

wejściach są jednakowe, oznacza to, że przez

rezystor R E płynie prąd I1 równy Uwe/R E .

Ten sam prąd przepływa też przez diodę LED

transoptora. Jeśli transoptor ma „przekła−

dnię”, ściślej współczynnik CTR o wartości

dokładnie równej 100%, wtedy przez foto−

diodę transoptora płynie prąd I2 dokładnie

równy prądowi I2. Prąd ten wywołuje na re−

zystorze R F (o wartości równej R E ) spadek

napięcia równy napięciu wejściowemu. Na−

pięcie Uwy jest równe napięciu Uwe.

który wywoła na nim spadek napięcia dokładnie

równy połowie napięcia zasilania. Prąd ten pły−

nie od dodatniej szyny zasilającej przez fotoele−

ment F1 (fotodiodę) i rezystor R E . O wartości te−

go prądu decyduje jasność świecenia diody

LED. Jasność zależna jest od prądu, a ten od na−

pięcia występującego na wyjściu wzmacniacza.

diody F2 wcale nie musi być równe napięciu

zasilania wzmacniacza operacyjnego, a mi−

mo wszystko zmiany napięcia na odizolowa−

nym galwanicznie wyjściu będą odpowiadać

zmianom napięcia wejściowego.

Więcej informacji o izolacji galwanicznej

wzmacniaczy pomiarowych można znaleźć

w karcie katalogowej IL300 dostępnej na

stronie internetowej firmy Infineon (dawniej

Siemens).

Opis układu

Schemat ideowy modułu pomiarowego EKG

pokazany jest na rysunku 5 . Układ tylko na

pierwszy rzut oka wydaje się skomplikowa−

ny. W rzeczywistości zawiera dwa proste

bloki, pokazane na rysunkach 2b oraz 4.

Jak widać, część połączona do ciała pa−

cjenta jest zasilana z dwóch baterii 9V (na−

pięcia VCC, VEE). Skuteczną izolację gal−

waniczną zapewniają transoptory. Na sche−

macie można znaleźć aż trzy transoptory.

W rzeczywistości nigdy nie będą montowane

wszystkie trzy. W zasadzie należałoby zmon−

tować tylko podwójny IL300. Ponieważ dla

wielu Czytelników transoptor taki okaże się

trudny do zdobycia, przewidziano rozwiąza−

nie zastępcze z dwoma popularnymi transop−

torami CNY17−2. Co prawda ze względu na

znaczny rozrzut parametrów transoptorów

wyniki będą gorsze, jednak zasada pracy jest

identyczna. W przypadku tego projektu cho−

dzi przede wszystkim o walory dydaktyczne,

a mniej o parametry. Bardziej zaawansowani

mogą oczywiście dobrać dwa transoptory

o jednakowych charakterystykach lub zdo−

być transoptor IL300.

Obwody wyjściowe z układem U5 są za−

silane z oddzielnego źródła – w praktyce

z małego zasilacza wtyczkowego, koniecznie

stabilizowanego.

W części pomiarowej jako główny

wzmacniacz U1 zastosowano TL064 – po−

wszechnie dostępny i tani wzmacniacz ope−

racyjny z wejściami FET. Pobiera on mniej

niż 1mA prądu, dzięki czemu całkowity po−

bór prądu też jest mały i baterie wystarczą na

wiele godzin pracy. Oczywiście zamiast

TL064 można zastosować TL084 czy nisko−

szumny TL074. Ze względu na znikome prą−

dy wejściowe wzmacniaczy rodziny TL0XX

(prąd polaryzacji wejść typowo 30pA, wej−

ściowy prąd niezrównoważenia typowo

5pA), dodatkowe rezystory ochronne

R1...R4 nie wprowadzą znaczącego błędu.

Potencjometr montażowy PR1 typu heli−

trim pozwala regulować wzmocnienie sygnału

różnicowego w szerokich granicach, od kilku−

dziesięciu do kilkuset razy. Drugi stopień

wzmacnia dwukrotnie sygnał różnicowy i tłu−

mi zakłócające sygnały wspólne względem

masy. Potencjometr PR2 pozwala

uzyskać symetrię i maksymalnie stłumić szko−

dliwy sygnał wspólny. Rezystory R5...R11

powinny być rezystorami metalizowanymi

Rys. 4

Rys. 3

Gdy napięcie na wejściu nieodwracają−

cym rośnie, rośnie też napięcie na wyjściu,

dioda LED świeci jaśniej i przez fotodiodę

F1 płynie większy prąd. Napięcie na R E ro−

śnie i stale nadąża za napięciem wejściowym.

Gdy napięcie wejściowe maleje, zmniej−

sza się napięcie wyjściowe wzmacniacza,

dioda LED przygasa i napięcie na rezystorze

R E podąża za napięciem wejściowym. Prąd

płynący przez rezystor R E i fotodiodę F1 jest

więc ściśle i liniowo zależny od napięcia

wejściowego

I1 = Uwe/R E

Jeśli fotodioda F2 ma parametry identycz−

ne jak F1 i obie współpracują z rezystorami

o jednakowej wartości (R F =R E ), wtedy napię−

cie w punkcie Z jest dokładnie takie samo, jak

w punkcie Y. Napięcia w punktach X, Y są

jednakowe, więc ostatecznie Uwy=Uwe.

Choć na pierwszy rzut oka nie jest to

oczywiste, nawet jeśli transoptor nie ma cha−

rakterystyki liniowej, przebieg wyjściowy

w punkcie Z jest identyczny z przebiegiem

wejściowym podawanym na punkt X, o ile

tylko oba fotoelementy identycznie reagują na

światło. Nieliniowa charakterystyka transop−

tora spowoduje jedynie, że przebieg napię−

cia w punkcie U nie będzie odpowiadać

swym kształtem przebiegom w punktach X,

Y, Z, ale to przecież nie jest istotne. Zasto−

sowany transoptor nie musi też wcale mieć

„przekładni” równej 100%. Warunkiem pra−

widłowej pracy takiego układu jest jedynie

zgodność charakterystyk fotoelementów.

Charakterystyki te mogą być nieliniowe, by−

le były jednakowe.

W układzie z rysunku 4 dla przejrzystości

obwód fotodiody F2 i rezystora RF dołączo−

no do szyn zasilania wzmacniacza operacyj−

nego. Oczywiście w praktycznych warun−

kach pracy obwód ten jest zasilany z innego

źródła i wtedy uzyskuje się skuteczną izola−

cję galwaniczną wyjścia od wejścia. Ponadto

ponieważ fotodioda pracuje tu w roli źródła

prądowego, napięcie zasilające obwód foto−

Niestety, transoptory nie są elementami o

dobrej liniowości. Oznacza to, że przy małych

prądach „przekładnia” (CTR) jest inna niż

przy większych prądach. Dlatego sygnał wyj−

ściowy w układzie z rysunku 3 byłby znacznie

zniekształcony, zwłaszcza przy większych

amplitudach. Ponieważ w przypadku urządze−

nia EKG przez barierę galwaniczną przesyła−

ny jest sygnał analogowy, albo zastosowany

transoptor musiałby pracować na wąskim

w miarę liniowym wycinku charakterystyki,

albo trzeba szukać innego rozwiązania.

Aby zapewnić liniowość, nie rezygnując ze

skutecznego oddzielenia galwanicznego, stosu−

je się specjalne transoptory, gdzie jedno źródło

światła (dioda LED) współpracuje z dwoma

identycznymi fotoelementami. Jeden z fotoele−

mentów umieszczony jest w pętli sprzężenia

zwrotnego wzmacniacza operacyjnego, drugi

przesyła sygnał do dalszych obwodów. Przy−

kładem takiego specjalizowanego transoptora

jest IL300 produkcji Infineon (Siemens). Przy−

kład wykorzystania takiego podwójnego trans−

optora pokazany jest na rysunku 4 .

Kluczowe znaczenie do zrozumienia dzia−

łania układu znów jest fakt, że w czasie nor−

malnej pracy napięcia na obu wejściach

wzmacniacza operacyjnego (punkty X, Y)

mają być jednakowe. Inaczej mówiąc,

wzmacniacz operacyjny stara się utrzymać

na wejściu odwracającym (Y) napięcie do−

kładnie takie samo, jakie jest podane na wej−

ście nieodwracające (X).

Gdy na przykład napięcie wejściowe Uwe

jest równe połowie napięcia zasilania, wtedy

przez rezystor R E powinien płynąć taki prąd,

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

dobrej jakości, najlepiej o tolerancji 1%.

Kondensatory C1, C2 tłumią ewentualne

składowe o wyższych częstotliwościach, nie

będące sygnałami użytecznymi. Kondensato−

ry takie dodano na wszelki wypadek; nie są

one niezbędne, dlatego też nie występują

w zestawie AVT−2475.

Wzmocniony sygnał użyteczny występuje

na wyjściu U1C (nóżka 8). Po dodatkowym

odfiltrowaniu ewentualnych zakłóceń o wy−

ższych częstotliwościach sygnał jest podawa−

ny na wejście nieodwracające wzmacniacza

U1D. Zgodnie z zasadą działania wzmacnia−

cza operacyjnego, napięcie na wejściu odwra−

cającym jest takie samo, jak na nieodwracają−

cym. Aby zapewnić prawidłową pracę układu

przy zasilaniu z dwóch baterii 9V, zmienny

sygnał użyteczny z wyjścia U1C nie powinien

być większy niż 5V międzyszczytowo.

Kondensator C10 dodano by wyelimino−

wać skłonność do samowzbudzenia na wyso−

kich częstotliwościach.

W obwodzie izolacji galwanicznej w we−

rsji podstawowej montowane będą dwa

transoptory CNY17−2. Mają one „przekła−

dnię”, czyli współczynnik CTR zbliżony do

100%, czyli wartość prądu fototranzystora

jest zbliżona do prądu płynącego przez diodę

LED. Nie jest to jednak warunek prawidło−

wego działania układu – w urządzeniu moż−

na stosować transoptory o dowolnym współ−

czynniku CTR.

Dioda LED D1 pełni funkcję pomocniczą,

jej jasność wskazuje na chwilową wartość

prądu „wtórnego” transoptora. Pełni ona przy

okazji rolę kontrolki zasilania. Diodę tę moż−

na pominąć, zastępując ją zworą.

W przypadku zastosowania dwóch od−

dzielnych transoptorów szansa na to, że będą

one jednakowe, jest mała. Potencjometr PR3

umożliwia takie ustawienie czułości przetwa−

rzania, by w spoczynku napięcie w punkcie

C było równe połowie napięcia zasilania

stopnia wyjściowego (V+), wyznaczonego

przez rezystory R16, R17. Dzięki temu skła−

dowa stała przebiegu wyjściowego, mierzo−

nego między punktami C, D będzie równa

zeru. Wzmacniacz U5 nie jest niezbędny

i w wersji podstawowej nie będzie montowa−

ny. Jest to tylko bufor zmniejszający rezy−

stancję wyjściową i będzie stosowany tylko

w przypadku, gdy dołączone obciążenie mia−

łoby małą oporność.

Dla dociekliwych

i zaawansowanych

Po testach modelu, pokazanego na fotografii,

dodano potencjometr montażowy PR4. W za−

sadzie nie jest on niezbędny. Wprowadzono

go po to, by była możliwość dowolnego usta−

wienia punktów pracy wzmacniacza opera−

cyjnego. Regulując PR4 i ewentualnie zmie−

niając wartość R14, można doprowadzić do

sytuacji, gdy amplitudy sygnałów zmiennych

na wejściach i na wyjściu wzmacniacza są Rys. 5

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

równe, a przy napięciu wejściowym równym

zeru napięcia na wejściach i wyjściu wzmac−

niacza też jest równe zeru (względem masy).

Nie jest to konieczne do prawidłowego dzia−

łania układu, jednak zwiększa jego elastycz−

ność, zwłaszcza przy zastosowaniu transop−

torów o małym współczynniku CTR.

wyjściach U1A, U1B nie są przesterowane.

Sygnał powinien być jak największy, ale nie

przesterowany. Następnie oscyloskop usta−

wiony na największą czułość trzeba dołączyć

do wyjścia wzmacniacza U1C (nóżka 8)

i wtedy potencjometrem PR2 uzyskać jak

najmniejszy sygnał na nóżce 8.

na wyjściu U1C (nóżka 8 względem masy) oraz

między punktami C, D. Przebiegi te powinny

być takie same. Ze względu na rozrzuty parame−

trów transoptorów amplitudy przebiegów mogą

nie być jednakowe, jednak kształty powinny

być takie same. Układ modelowy podczas te−

stów pracował poprawnie z sygnałami o ampli−

tudach w tych punktach sięgającymi 5,5Vpp.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na jednostronnej

płytce drukowanej, pokazanej na rysunku

6 . Montaż nie sprawi trudności średnio zaa−

wansowanemu hobbyście. Pod układ

U1 warto dać podstawkę na wypadek,

gdyby w przyszłości ktoś chciał zastosować

wzmacniacze operacyjne o jeszcze

lepszych parametrach.

Rys. 7

Rys. 8

Rys. 6 Schemat montażowy

Po uzyskaniu w ten sposób ma−

ksymalnego współczynnika tłumie−

nia sygnału wspólnego należy skon−

trolować działanie bariery izolacji

galwanicznej z transoptorami

i wzmacniaczem U1D.

W tym celu wejścia A i B należy

zewrzeć do masy (połączyć A, B, O)

w układzie według rysunku 8 . Ob−

wody wyjściowe muszą być zasilane

napięciem stabilizowanym o warto−

ści 12V, natomiast główną cześć

przyrządu należy zasilić napięciem

±9V, na przykład z dwóch baterii.

Przy zwarciu punktów A, B do ma−

sy, napięcie na nóżkach 8 i 12 kostki

U1 też powinno być bliskie masy (mo−

że wynosić kilkadziesiąt lub kilkaset

miliwoltów ze względu na wzmocnio−

ne napięcia niezrównoważenia wzmac−

niaczy U1A, U1B). W takim stanie spoczynku

między nóżki 8 i 14 kostki U1 należy włączyć

woltomierz napięcia stałego i za pomocą PR4

uzyskać możliwie małe wskazanie woltomie−

rza. Ustawienie PR4 nie jest krytyczne, jednak

warto tak wyregulować układ, by napięcia na

wejściu nieodwracającym i wyjściu wzmacnia−

cza U1D (nóżki 12, 14) były zbliżone. Gdyby

nie udało się zmniejszyć wskazań woltomierza

poniżej 1...2V, można albo zwiększyć wartość

R14, albo lepiej zmniejszyć wartość R13, na

przykład o 50%. W zdecydowanej większości

przypadków nie trzeba będzie zmieniać warto−

ści R13 czy R14 i wystarczy wyregulować

PR4, by napięcie między nóżkami 8, 14 kostki

U1 nie przekraczało wartości –2V...+2V.

Następnie w takim stanie spoczynku nale−

ży włączyć woltomierz między punkty C,

D i wyregulować PR3 na minimum napięcia.

Warto zauważyć, że punkt D pełni funkcję

sztucznej masy.

Po takiej regulacji układ jest gotowy do

pracy. Warto jeszcze sprawdzić jego działanie

w docelowym układzie pracy według rysun−

ku 9 . Zwiększając stopniowo poziom sygnału,

należy skontrolować oscyloskopem przebiegi

Dla dociekliwych

i zaawansowanych

W wersji podstawowej przyrządu wykorzysta−

ne zostaną transoptory o „przekładni”, czyli

współczynniku CTR wynoszącym 50...200%.

Taką „przekładnię” mają według katalogu po−

pularne transoptory CNY17−2 w typowych wa−

runkach pracy. W przypadku ich użycia nie bę−

dzie konieczna zmiana wartości żadnych ele−

mentów, wystarczy wyregulować PR3 i PR4.

W układzie mogą zostać wykorzystane

niemal dowolne transoptory z fotodiodą bądź

fototranzystorem na wyjściu i o dowolnej

„przekładni”. Jeśli w układzie miałyby być

zastosowane transoptory o współczynniku

CTR znacznie odbiegającym od 100%, ko−

nieczne może się okazać dobranie wartości

elementów R13, R14, R15.

Ogólne wytyczne są następujące. Zgodnie

z zasadą działania wzmacniacza operacyjnego,

w czasie normalnej pracy napięcie na nóżkach

12, 13 U1D jest takie samo (z dokładnością do

kilku miliwoltów napięcia niezrównoważenia).

Tak jest i zmienić tego ani nie trzeba, ani nie

można. Różne może być jednak napięcie spo−

czynkowe na wyjściu wzmacniacza U1D – za−

leży ono od wartości rezystora R14. To napię−

cie spoczynkowe na nóżce 14 wcale nie musi

być równe potencjałowi masy. Wróćmy do ry−

sunku 4. Przy omawianiu tego rysunku przemil−

czano sprawę napięcia na wyjściu wzmacnia−

cza, a skoncentrowano się na fakcie, że prąd fo−

todiody F1 musi być taki, by wywołał na rezy−

storze R E odpowiedni spadek napięcia. Prąd fo−

todiody zależy oczywiście od napięcia na wyj−

ściu wzmacniacza operacyjnego, ale zależy też

od wartości rezystancji R G (na rysunku 5 jest to

R14). Wzmacniacz operacyjny pilnuje więc na−

pięcia na rezystorze R E , czyli na swym wejściu

odwracającym. Jeśli więc zostanie zmniejszona

wartość R G , potrzebny prąd diody LED uzyska

się już przy niższym napięciu na wyjściu

wzmacniacza (w punkcie U). Później wymaga−

ne zmiany prądu uzyska się przy mniejszych

zmianach napięcia wyjściowego. Jak z tego

W wersji podstawowej nie będą montowane

elementy C1, C2, U4, U5. Wykorzystane będą

dwa popularne transoptory CNY17−2 (U2, U3).

Układ zmontowany ze sprawnych ele−

mentów powinien od razu „ruszyć”, ale dla

uzyskania optymalnych parametrów koniecz−

na jest regulacja. Wzmocnienie sygnału uży−

tecznego reguluje się za pomocą PR1. Na po−

czątek czułość można ustawić na maksimum

(minimalna rezystancja PR1). Ostateczne

wzmocnienie należy wyregulować na końcu,

podczas ewentualnych testów praktycznych,

by sygnały użyteczne na wyjściach wzmac−

niaczy U1C i U1D miały amplitudę 1...3Vpp.

Kluczowe znaczenie ma odpowiednie

ustawienie PR2. Celem regulacji jest uzyska−

nie jak najlepszego tłumienia sygnału wspól−

nego. Regulację PR2 należy przeprowadzić

w układzie według rysunku 7 , podając na

zwarte oba wejścia sygnał wspólny o często−

tliwości około 25...100Hz i amplitudzie kilku

woltów (obwody wyjściowe nie muszą być

zasilane napięciem V+). Najpierw trzeba

sprawdzić oscyloskopem, czy sygnały na

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: