Update: EMG-Vorverstärker-Deluxe mit INA111

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


Das EMG-Biofeedback-Gerät

Die Neurophysiologie befasst sich mit der Funktionsweise des Nervensystems. Im Bereich der Muskeln gilt die Betrachtungsweise der Motorischen Einheiten. Der erste Link in diesem Elektronik-Minikurs erklärt dies u.v.a. genauer.

Gewisse Kenntnisse in diesem Gebiet empfehlen sich, wenn man mit elektronischen Schaltungen zu tun hat, die dem Studium oder einer praktischen Anwendung messtechnischer Art dienen. Dazu zählen die Analyse von Myopathien (Muskelerkrankungen) und die Behandlungen mittels EMG-Biofeedback mit akustischem oder optischem Feedback. Betreffs Analyse von Myopathien, messbar mit Oberflächenelektroden oder mittels feinen Drähtchenelektroden intramuskulär in der Nähe der Nervenbahnen. Je nach dem was man messen will.

Für diesen Bereich entwickelte ich zur Forschung und zur praktischen Anwendung die dazu notwendigen Geräte. Dies brachte mich auf die Idee für Studierende im Bereich der Elektrotechnik ein Praktikum zu realisieren. Nachdem ich pensioniert wurde, kam ich auf die weitere Idee diesen speziellen Elektronik-Minikurs zu schreiben. Dabei lernt man alle Elektronik-Minikurse kennen, die es längst gibt, die auch mit EMG etwas zu tun haben. Auf diese Weise ist dieser Elektronik-Minikurs mit diesen andern mit lokalen Links vernetzt. Diese andern Minikurse dienen als Grundlagen, die aber bereits allgemeine Grundlagen der Elektronik voraussetzen.


UPDATE: Echter Differenzverstärker III

Neu in der Einleitung: Die zum Experimentieren und Gebrauch empfohlenen gut bekannten JFET-Operationsverstärker TL061…TL064, TL71…TL074, TL081…TL084 und LF356 werden mit Datenblattzugriff vorgestellt und in den hier wichtigen Daten miteinander verglichen. Das sind die äquivalente Rauschspannungsdichte in nV/root(Hz), die Unity-Gain-Bandbreite in MHz und die Slewrate in V/µs.

Das neue Kapitel lautet „DAS GEGENTEIL DES INSTRUMENTATIONSVERSTÄRKERS“. Dies hat mit der Funktionsumkehr zu tun. Der Instrumentationsverstärker bezieht eine symmetrische (differenzielle) Eingangsspannung und liefert in der Regel eine asymmetrische Ausgangsspannung, bezogen auf GND, bei symmetrischer Speisung (±Ub) der Schaltung. Das Gegenteil davon ist eine Schaltung die eine asymmetrische Spannung bezieht und eine symmetrische Spannung liefert. Für beides gibt es fertige integrierte Bausteine. Uns interessiert hier, wie man auch das „Gegenteil“ selbst realisieren kann mit herkömmlichen und leicht erhältlichen Opamps.

Man beachte dazu das Titelbild. Teilbild 1 zeigt den typischen Instrumentationsverstärker. Den ersten Teil davon fokussieren wir in Teilbild 2. In Teilbild 3 verschwindet Ue2 am nichtinvertierenden Eingang (Opamp A2). Dieser wird mit GND verbunden. Damit haben wir das was wir wollen, ein Asymmetrie/Symmetrie-Wandler mit frei dimensionierbarer Verstärkung. Allerdings eignet sich diese Schaltung nur für fix dimensionierte Verstärkung. Ein Beispiel mit Verstärkung 10 zeigt Teilbild 4. Warum es diese Einschränkung gibt und weshalb bei variabler Verstärkung eine andere Schaltung zum Einsatz kommen muss, erklärt das neue Kapitel in diesem Elektronik-Minikurs. Viel Spass beim Lesen!

Gruss Euer
ELKO-Thomas