Усилитель биоэлектрических сигналов с гальванической развязкой Советский патент 1990 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской тех- инке, а именно к устройствам для измере- ния и исследования электрических потен- циалов органов и тканей.

Цель изобретения уменьшение влияния на биообъект электрического тока входной цепи усилителя.

На чертеже приведена структурная схема усилителя.

Усилитель содержит операционные усилители 1 - 3, дифференциальные оптроны 4 и 5, резисторы 6-9. Каждый дифференциальный оптрон содержит светодиоды 10 и 11 и по два фотодиода 12-15. Предлагаемый усилитель содержит также резисторы 16 и 17. Один из входов 18 усилителя соединен с неинвертирующим входом 19 опера- ционного усилителя 1 и с инвертирующим входом 20 операционного усилителя 3. Второй вход 21 усилителя соединен с анодом фотодиода 13 и выводом 22 резистора 7. Катод фотодиода 13 соеди- нен с катодом фотодиода 15 и с обш,ей точ- кой 23 резисторов 7 и 9. Анод фотодиода 15 соединен с неинвертирующим входом 24 операционного усилителя 3, с инвертирую- Ш.ИМ входом 25 операционного усилителя 1 и с выводом .26 резистора 9. Выход 27 операционного усилителя 3 соединен с анодом светодиода 10, выход 28 операционного усилителя 1 - с анодом светодиода 11. Катоды светодиодов соединены с нулевой точкой усилителей 1 и 3. Анод фотодиода 12 соединен с выводом 29 резистора 6 и с неинвертирующим входом 30 операционного усилителя 2. Катод фотодиода 12 соединен с катодом фотодиода 14 и с общей точкой 31 резисторов 6 и 8. Анод фото- диода 14 соединен с выводом 32 резистора 8, с нулевой точкой операционного усилителя 2 и с выходным контактом 33 усилителя, с другим выходным контактом 34 усилителя соединен выход операционного усилителя 2. Резистор 16 соединен своим выводом-35 с нулевой точкой операционного усилителя 2, а выводом 36 с инвертирующим входом 37 операционного усилителя 2 и выводом 38 резистора 17. Другой вывод 39 резистора 17 соединен с выходным контактом 34.

Усилитель работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе напряжения на входах и выходах операционных усилителей 1, 2 и 3, на светодио- дах и фотодиодах оптронов 4 и 5 равны нулю. При появлении положительного напряжения сигнала между входами 21 и 18 на выходе 27 операционного усилителя 3 появляется положительное напряжение, создающее ток через светодиод 10, а на выходе 28 операционного усилителя 1 - отрицательное напряжение, запирающее светодиод 10. Излучение светодиода 10 вызывает появление фотогальванической ЭДС на фотодиоде 13 и падение напряжения на резисторе 7 (U22-U23), направленное встречно источнику сигнала и действующее

как компенсационное напряжение отрицательной обратной связи. При появлении между входами 21 и 28 усилителя отрицательного напряжения сигнала положительное напряжение появляется на выходе 28 операционного усилителя 1, ток протекает

через светодиод И, а светодиод 10 заперт отрицательным напряжением на выходе операционного усилителя 3, компенсирующее напряжение появляется на фотодиоде 15 и на резисторе 9 (U23-U26).

Компенсирующее напряжение согласно известным соотношениям для схем с последовательной отрицательной обратной связью отличается от напряжения источника сигнала на малую величину /( + ), где К. - коэффициент передачи операционного усилителя без обратной связи, умноженный на коэффициент передачи светодиод-фотодиод оптрона по нап-ряжению, что обеспечивает результирующий ток во входном контуре в +К раз меньший, чем без обратной связи. Напряжения на фотодиодах 12 и 14 равны соответственно напряжениям на фотодиодах 13 и 15, практически равным напряжениям источника сигнала той или.иной полярности, и могут быть далее усилены схемой на операционном усилителе 2.

Таким образом, введение в состав усилителя дополнительных элементов - опера онного усилителя, оптрона и резисторов, позволяет получать компенсацию сигналов любой полярности при отсутствии исходного смещения на оптроне и устранить

тем самым постоя.нную составляющую тока через биообъект в процессе регистрации или измерения биоэлектрических сигналов.

Дополнительным преимуществом усилителя биоэлектрических сигналов является уменьшение потребления энергии источников питания при отсутствии сигнала, поскольку светодиоды оптронов при этом заперты и при малых сигналах, так как ток через светодиоды тем меньше, чем меньше сигнал на входе усилителя независимо от полярности сигнала.

Формула изобретения

Усилитель биоэлектрических сигналов с гальванической развязкой, содержаший два

операционных усилителя, дифференциальный оптрон и два резистора, причем анод светодиода оптрона подключен к выходу первого операционного усилителя, первый фотодиод оптрона подключен последовательно к инвертирующему входу первого операционого усилителя, а два резистора подключены параллельно фотодиодам, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния на биообъект электрического тока входной цепи усилителя, он дополнительно содержит третий операционный усилитель, второй дифференциальный оптрон и два резистора, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя и с анодом первого фотодиода первого оптрона, неинвертирую- щий вход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и первым входом усилителя, выход третьего операционного усилителя подключен к аноду свето- диода второго оптрона, катоды светодио

дов обоих оптронов соединены с нулевой точкой первого и третьего операци онных усилителей, катоды фотодиодов первого оптрона соответственно соединены с катодами фотодиодов второго оптрона анод первого фотодиода второго оптрона соединен с вторым входом усилителя, анод второго фотодиода первого оптрона соединен с нулевой точкой второго операционного усилителя, анод второго фотодиода второго оптрона соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, дополнительные резисторы подключены параллельно фотодиодам второго оптрона.

Усилитель биоэлектрических сигналов с гальванической развязкой содержит операционные усилители 1,2,3, дифференциальные оптроны /ДО/ 4,5, резисторы 6,7,8,9. Каждый ДО содержит светодиоды 10,11 и по два фотодиода 12,13,14,15 соответственно. Усилитель содержит также резисторы 16 и 17. Цель изобретения - уменьшение влияния электрического тока входной цепи усилителя. 1 ил.