Schlagwort: INA111

Update: EMG-Vorverstärker-Deluxe mit INA111

Thomas Schaerer

EMG ist die Abkürzung von Elektromyographie. Dazu gleich hier die einleitenden Worte aus dem Wikipedia: „Die Elektromyografie (oder Elektromyographie) (EMG) ist eine elektrophysiologische Methode in der neurologischen Diagnostik, bei der die elektrische Muskelaktivität anhand von Aktionsströmen der Muskeln gemessen und (graphisch) dargestellt wird.“

Während vielen Jahren beschäftigte ich mich mit EMG im Bereich der Messtechnik und des Biofeedback. In der Messtechnik gibt es zwei unterschiedliche Methoden. Es ist die Oberflächen-Methode (Elektrode/Haut-Kontakt) und die intramuskuläre Methode mittels Nadel- oder beinah haarfeinen Drähtchenelektroden, im Muskel implementiert. Das Titelbild deutet in Blöcken die Schaltungen an.

Im ersten Block sieht man als Symbol den Instrumentationsverstärker INA111 mit den beiden Eingängen und der Kabelabschirmung, wobei der Schirm nicht wie üblich mit GND verbunden ist. Der Schirm hat die selbe EMG-Spannung und Phasenlage wie die Leitung von der Elektrode zum Eingang des INA111. Dies geschieht durch Impedanzwandlung (hier nicht dargestellt). Der Zweck ist die Neutralisierung der Kapazität zwischen Leitung und Schirm. So erreicht man eine minimale Verzerrung des EMG-Signals, weil es die Bandbreite der übertragbaren Frequenz erhöht.

Wenn der Wunsch zum Nachbau oder auch nur Teilnachbau, ebenso der andern Teile, besteht, kann man bei mir EMG8DOKU_PDF.ZIP via E-Mail bestellen. Dieses ZIP-File beinhaltet die vollständigen Schaltungs-Unterlagen. Meine bisherige Diskussionserfahrung zeigt, dass dort wo das Geld fehlt für den Kauf einer teuren Anlage, das Interesse am Eigenbau besteht. Das ist dort oft möglich, wo Elektrotechnik- und Medizin-Institute (auch Spitäler) zusammen arbeiten.

Übrigens, diese Inhalte eignen sich auch zur Gestaltung von Präsentationen und Vorträgen. Sehr geeignet für Studierende. Ich kann es gerne dafür empfehlen, weil ich einige Feedbacks im Laufe der Zeit erhalten habe.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

Update: EMG-Vorverstärker Deluxe mit INA111

Thomas Schaerer

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Der linke Teil des Titelbildes zeigt symbolisch einen EMG-Vorverstärker mit aktiven Schirmtreibern (Active-Guard-Drive). Dies erlaubt zusätzlich die sehr hochohmige Messung intramuskulärer elektromyographischer Signale (Elektromyographie = EMG). Auf diese Schaltung folgt der Isolationsverstärker. Wenn man dort genau hinschaut, erkennt man, dass der ISO121 durchgestrichen ist. Dieser Isolationsverstärker war stets sehr teuer und er wird aktuell nicht mehr produziert. Dies motivierte mich eine wesentlich preiswertere Lösung mit einem linearen Optokoppler zu entwickeln. Dazu gibt es bereits einen neuen Elektronik-Minikurs:

Im rechten Teil des Titelbildes ist die Schaltung mit dem linearen Optokoppler HCNR200 von AVAGO angedeutet, die als ISO121-Ersatz eingesetzt werden kann. Das Update dieses Elektronik-Minikurses mit dem Hauptthema EMG-VORVERSTÄRKER-DELUXE, besteht in einer kleinen Einführung im Kapitel 8-KANAL-EMG-MESSANLAGE mit Bild 16.

Eine kleine Übersicht zu diesem Elektronik-Minikurs:

Es beginnt in Bild 1 mit einem einfachen und sehr preiswerten EMG-Vorverstärker, geeignet zur Messung von EMG-Signalen mittels Elektroden auf der Hautoberfläche. Diese Schaltung eignet sich auch als EMG-Biofeedback. Dies setzt allerdings voraus, dass man die verstärkte EMG-Spannung gleichrichtet, glättet und diese quasistationäre DC-Spannung in eine wahrnembare variable physikalische Grösse (z.B. Ton oder Licht) umgesetzt wird. Dies ist allerdings kein Thema in diesem Elektronik-Minikurs. Danach folgt das Haptthema EMG-VORVERSTÄRKER-DELUXE mit dem integrierten Instrumentationsverstärker INA111.

UPDATE: EMG-Vorverstärker Deluxe mit INA111

Thomas Schaerer

Es ist nur möglich auf der Hauptseite des ELKO das begleitende Titelbild zum folgenden Text zu sehen. Damit dies im Newsletter auch möglich ist, öffne man im Web-Browser den folgenden Link:

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Wie es das Titelbild zum Ausdruck bringt, ist mit diesem Elektronik-Minikurs nicht einfach nur der Elektroniker, sondern ganz speziell auch der MEDIZIN-ELEKTRONIKER angesprochen, der mit Elektromyographie (EMG) zu tun hat. Wenn so jemand vor der Aufgabe steht einen EMG-Vorverstärker zu realisieren, dann ist das genau der richtige Einstieg, unabhängig davon, ob man mit EMG-Biofeedback oder mit EMG-Messung zu tun hat. Der EMG-VORVERSTÄRKER DELUXE zeigt eine elegante Lösung mit wenig Zusatzaufwand, um intramuskuläre EMG-Messungen mittels Nadel- oder beinah haarfeinen Drähtchenelektroden, im Muskel implementiert, durchzuführen. Das Wichtigste dabei ist die stabile Neutralisation der Kapazität zwischen der Signalleitung und der Abschirmung im Kabel auf dem Weg von der Elektrode zum Vorverstärker.

Die Inhalte wurden überarbeitet. Problematische Textteile sind mit mehr Klarheit formuliert. Neu ist an der Schaltung des EMG-Vorverstärkers, dass der Überspannungsschutz den Personenschutz zusätzlich dadurch unterstützt, dass die Betriebsspannung für den Überspannungsschutz extra mit zwei kleinen Bandgap-Spannungsreferenzen speziell niedrig gehalten wird.

Ganz neu mit diesem Update ist, dass man bei mir eine ZIP-Datei via EMail-Anfrage bestellen kann, die u.a. in einem PDF-File eine vollständige achtkanalige EMG-Messanlage beschreibt, die bereits seit sehr vielen Jahren im Einsatz ist. Die Anwendung für intramuskuläre EMG-Messung ist selbstverständlich. Die EMailanfrage ziehe ich zunächst einem Download vor, weil ich dadurch erfahren möchte, wie gross überhaupt das Interesse daran ist und es können sich auch interessante Mailkontakte ergeben. Das kann sich mit der Zeit ändern. Dies würde ich dann bekanntgeben.

So viel jetzt gerade. Wer Näheres erfahren will, liest in Ruhe zunächst das neue Kapitel 8-KANAL-EMG-MESSANLAGE.

 

Update: EMG-VORVERSTÄRKER DELUXE mit INA111

Thomas Schaerer

Wie es das Titelbild zum Ausdruck bringt, ist mit diesem Elektronik-Minikurs nicht einfach nur der Elektroniker, sondern ganz speziell auch der MEDIZIN-ELEKTRONIKER angesprochen, der mit Elektromyographie (EMG) zu tun hat. Wenn so jemand vor der Aufgabe steht einen EMG-Vorverstärker zu realisieren, dann ist das genau der richtige Einstieg, unabhängig davon, ob man mit EMG-Biofeedback oder mit EMG-Messung zu tun hat. Der EMG-VORVERSTÄRKER DELUXE zeigt eine elegante Lösung mit wenig Zusatzaufwand, um intramuskuläre EMG-Messungen mittels Nadel- oder beinah haarfeinen Drähtchenelektroden, im Muskel implementiert, durchzuführen. Das Wichtigste dabei ist die stabile Neutralisation der Kapazität zwischen der Signalleitung und der Abschirmung im Kabel auf dem Weg von der Elektrode zum Vorverstärker.

Wer erfahren will, warum das so wichtig ist und viele andere nicht weniger wichtige Details, der klicke einfach auf den folgenden Link:

Update: Echter Differenzverstärker IV (EMG-Vorverstärker Deluxe mit INA111)

Thomas Schaerer

Instrumentationsverstärker INA111 und Grundlegendes...

Das Update besteht aus einem neuen Kapitel mit dem Titel ERSTE STUFE STÄRKER ALS DIE ZWEITE. Beim Betrachten von Datenblättern stellt man in der Regel fest, dass bei einem Instrumentationsverstärker mit hoher Verstärkung stets die erste Stufe die gesamte Verstärkung übernimmt. Die zweite Stufe, welche die verstärkte symmetrische Eingangsspannung zur asymmetrischen Spannung umsetzt, verstärkt nur mit einem Faktor von 1. Diese Art der Aufteilung der Verstärkung hat sehr praktische Gründe, welche in diesem Kapitel thematisiert werden. Solches habe ich bisher noch in keinem Buch gelesen, jedoch ist diese Tatsache, aus der Praxis hergeleitet, einleuchtend und leicht nachvollziehbar. Auch der hier thematisierte INA111 macht keine Ausnahme.

Während bei Gegentakt-Eingangsspannungen die  erste Stufe mit einer oft hohen Verstärkung arbeitet, verstärkt sie eine Gleichtakt-Eingangsspannung nur mit einer Verstärkung von 1. Dadurch unterstützt die erste Stufe die zweite Stufe wesentlich bei ihrer eigentlichen Aufgabe Gleichtakt-Spannungen wirksam zu unterdrücken. Die Gleichtakt-Dynamik ist dadurch wesentlich besser. In der umgekehrten Situation, wenn die zweite Stufe die hohe Verstärkung bewältigen muss, trägt die erste wenig bis gar nichts (Verstärkung = 1) zur Verbesserung der Dynamik der Gleichtaktspannung bei. Eine hohe Dynamik bedeutet, dass die Gleichtaktunterdrückung, selbst wenn die Gleichtaktspannung um viele Größenordnungen höher ist als die nutzbare Gegentaktspannung, noch immer einwandfrei arbeitet.

Warum die erste Stufe, besonders bei hoher Verstärkung, wirksam die Gleichtaktunterdrückung unterstützt, hat damit zu tun, dass die Gegenkopplungen der beiden Operationsverstärker nicht je im Alleingang, sondern gemeinsam arbeiten. Dies wird in diesem Elektronik-Minikurs detailliert erklärt.

Es gibt allerdings einen praktischen Grund die Gesamtverstärkung eines Instrumentationsverstärkers in die erste und zweite Stufe aufzuteilen, wobei es aus dem soeben beschriebenen Grund sinnvoll ist, den größeren Verstärkungsanteil auf die erste Stufe zu setzen.  Die unterstützende Wirkung der ersten Stufe betreffs Gleichtaktunterdrückung ist durch eine Aufteilung der Gesamtverstärkung schwächer. Sinn macht eine solche Aufteilung  dann, wenn die erste Stufe  betreffs Frequenzbandbreite, wegen unzureichender Frequenzbandbreite bei Einheitsverstärkung (Unitygain-Bandwidth), nicht genügt.

Echter Differenzverstärker IV: EMG-Vorverstärker Deluxe mit INA111

Thomas Schaerer

Differenzverstaerker-EMG-INA111

Die Aufgabe dieses Elektronik-Minikurses besteht darin, die bereits bestehenden drei über Instrumentationsverstärker (echte Differenzverstärker) fortzusetzen. Bereits in diesen ist der EMG-(Vor-)Verstärker teilweise als praktische Anwendung thematisiert. U.a. deshalb gibt es hier zuerst, im Stil der Indexseite, eine Liste der Elektronik-Minikurse, die irgendetwas mit Elektro-Myographie (EMG) und mit der Elektronik zur EMG-Signalverstärkung tun haben. Diese Elektronik-Minikurse enthalten hier eine kleine Einführung zu ihren Inhalten im Kapitel WICHTIGE LINKS GLEICH AM ANFANG!. Mehr zum Thema jeweils in den Links selbst.

Dieser Elektronik-Minikurs beginnt zuerst mit einer einfachen und preiswerten EMG-Verstärkerschaltung. Sie eignet sich vor allem für einfache Anwendungen wie EMG-Biofeedback. Der Hauptteil dieses Elektronik-Minikurses befasst sich mit dem integrierten Instrumentationsverstärker INA111 im Einsatz als EMG-Vorverstärker. Diese Schaltung ermöglicht spezielle EMG-Messungen, die der approximativen Rekonstruktion von Nerven-Aktionspotenzialen dienen. Dazu benötigt man zusätzliche Schaltungen als Treiber für die Abschirmung der Elektrodenkabel, weil intramuskulär gemessene EMG-Signale sehr hochohmig sind. Die Kapazität zwischen Signalleiter und Abschirmung muss man neutralisieren, um einen unzulässigen Verlust der Frequenzbandbreite zu vermeiden. Dieser Hauptteil beginnt mit der vollständigen Schaltung und mit sieben weiteren Bildern wird das Thema sehr differenziert und ausführlich behandelt. Es werden dabei auch zwei Applicationnotes aus dem Datenblatt des INA111 kritisch betrachtet und erklärt, womit man auf die Nase fallen kann, wenn man das eine oder andere nicht bedenkt.

Eine kuriose Überraschung. Es gibt in der Schaltung mit dem INA111 eingangsseitig zwei antiparallel geschaltete grüne LEDs, die dafür sorgen, dass man die mechanischen Abmessungen eines Elko klein halten kann und wenn man einen Blick auf die Schaltung hat, eignet sich dieser Trick auch gleich noch als Übersteuerungsindikator. Neugierig? Na, dann bitte doch gleich den Link anklicken…

Ich wünsche viel Spass,

Euer ELKO-Thomas