Schlagwort: Überspannungsschutz

Das EMG-Biofeedback-Gerät

Thomas Schaerer

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: Vom Logikpegelwandler zum Impulsgenerator (Endstufe)

Thomas Schaerer

Text und Bilder sind überarbeitet und ergänzt mit einer Schaltung die eher als Anregung dazu dient etwas anderes, auf Grund eigener Ideen, zu „erfinden“. Es geht dabei um ein sehr bekanntes CMOS-IC mit einem bipolaren Vorgänger und seiner erfolgreichen Geschichte.

Was beinhaltet dieser Elektronik-Minikurs, in wenig Worten zusammengefasst? Ein Logikpegelwandler verbindet Logikschaltungen unterschiedlicher IC-Familien. Dabei kann man z.B. eine alte, aber noch immer funktionsfähige, TTL-Schaltung mit einer CMOS-Schaltung mit unterschiedlichen Logikspannungen kombinieren. Die Anwendung ist aber keinesfalls auf Logikschaltungen begrenzt. Es kann kann auch sein, dass ein Logikpegelwandler dazu dient, ein digitales Ausgangssignal von einem Mikrocontroller (z.B. Arduino) für eine Schaltung zu wandeln, wo, aus welchem Grund auch immer, eine ±-Schaltspannung benötigt wird. Solches gibt es tatsächlich.

Thematisiert sind unterschiedliche Transistorschaltungen. Dabei geht es um die Schaltgeschwindigkeit. Also ist auch der Miller-Effekt ein Thema mit einem Link zum dafür geeigneten Elektronik-Minikurs. Als praktisches Beispiel zeigt eine Schaltung eine JFET-Steuerung für zwei Tiefpassfilter, realisiert mit je einem OTA. Eines dieser TP-Filter dient als Antialiasing- und das andere als Smoothing-Tiefpassfilter in Verbindung mit einem SC-Tiefpassfilter.

Danach folgen Logikpegelwandler mit ICs, etwas exotisch mit einem integrierten Analogschalter. Diese Schaltung dient auch als Grundlage für eine Endstufe für den Einsatz mit einem beliebigen Impulsgenerator für spezielle Anwendungen. Danach folgen noch integrierte Komparatoren für die selbe Hauptaufgabe als Logikpegelwandler.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

 

Update: Überspannungsschutz von empfindlichen Verstärkereingängen

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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Es geht in diesem Elektronik-Minikurs darum, einfache und elegante Methoden zu zeigen, wie man empfindliche Signaleingänge von Verstärkerschaltungen wirksam gegen zuviel Spannung schützt, wie z.B. vor sogenannter elektrostatischer Entladung, wie sie bei Berührung von elektronischen Teilen durch elektrisch geladenen Personen auftreten kann.

Das Update besteht aus einem neuen Kapitel am Schluss mit dem Titel NICHT FUNKTIONSFÄHIGER ÜBERSPANNUNGSSCHUTZ. Es gibt Kriterien bei dauerhaften Überspannungen, die es zu beachten gilt, soll der Schutz definitiv auch wirksam sein. Dies wird in diesem Kapitel an einem fiktiven Schaltschema thematisiert. Im einzelnen Fall muss man die daraus gewonnen Erkenntnisse entsprechend anpassen.

Zurück zum Elektronik-Minikurs als Ganzes zur Erinnerung. Worum es geht illustriert das Titelbild. Es zeigt den Überspannungsschutz mit Dioden. Eine Überspannung führt dazu, dass diese als Strom über die eine Diode zur positiven Betriebsspannung oder über die andere Diode zur negativen Betriebsspannung führt. Je nach Polarität der Überspannung. Kleinsignal-Dioden haben den Nachteil, dass im Sperrbetrieb der Strom im 10 nA-Bereich zu gross sein kann, wenn die Eingangsstufe des zu schützenden Verstärkers sehr hochohmig arbeiten muss, wie dies bei elektrophysiologischen Messungen, wie z.B. EMG (intramuskulär) oft nötig ist. Dies kann zu lästig hohen DC-Offsetspannungen an den Verstärker-Eingängen führen. Abhilfe schafft hier der Einsatz von Transistoren, welche als Basis/Kollektor-Dioden (NPN) arbeiten, dessen Ströme im Sperrbetrieb rund 1000 mal niedriger sind. Die Verwendung von handelsüblichen Kleinsignal-Transistoren sind billiger und leichter erhältlich als sogenannte Pico-Ampere-Dioden, die dann ihre Berechtigung haben, wenn die messtechnischen Anforderungen an Präzision noch grösser sind.

Von einem Leser erhielt ich vor vielen Jahren eine EMail mit einer interessanten Empfehlung, die sich vor allem dann eignet, wenn eine Überspannung langzeitig auftritt. Wenn man anstelle des Vorwiderstandes eine mit MOSFET realisierte bipolare Konstant-Stromquelle einsetzt, erreicht man, dass oberhalb eines gewissen definierbaren Stromes, der durch die Überspannung erzeugt wird, der Eigenwiderstand sich vergrössert und sich so der Strom in Richtung der Speiseleitung auf einen niedrigen Wert stabilisiert. Dies reduziert signifikant die Verlustleistung.

Zwischen dem Überspannungsschutz und dem Opamp-Eingang gibt es auch noch einen Widerstand. Warum es diesen dringend braucht, ist ebenfalls ein wichtiger Inhalt in diesem Elektronik-Minikurs.