Schlagwort: Verstärker

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.

Isolations-/Trennverstärker (HCNR200)

Thomas Schaerer

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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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Isolationsverstärker – auch als Trennverstärker bezeichnet – kommen dann zur Anwendung, wenn Potentialtrennung oder/und Personenschutz gefordert sind. Da die Elektromyographie (EMG) in meinen Elektronik-Minikursen über analoge Schaltungstechnik oft im Fokus steht, ist der Isolationsverstärker ein ebenso wichtiges Thema. Bisher kam bei solchenProjekten stets der ISO121 zur Anwendung. Dieser Isolationsverstärker war stets teuer und wird aktuell nicht mehr produziert. Es gibt allerdings sehr preiswerte Alternativen, wenn man bereit ist, die Schaltung, die man braucht, selbst zu realisieren. Diese Alternativen heissen lineare Optokoppler. Die Ursache der Präzision besteht darin, dass einerseit von einer Infrarot-Sendediode das optische Signal durch die Isolationsbarriere zu der einen und anderseits direkt zu einer benachbarten Infrarot-Empfangsdiode als Feedbacksignal übertragen wird. Ein solcher Optokoppler ist der HCNR200 von der Firma Avago. Der vorliegende neue Elektronik-Minikurs zeigt und beschreibt einen Isolationsverstärker für den elektromedizinischen Einsatz. Thematisiert im Bereich der EMG.

Bevor es zu diesem Thema kommt, wird eine Methode mit induktiver hochisolierender galvanisch getrennter Kopplung vorgestellt und damit verbunden zwei völlig unterschiedliche Methoden zur Erzeugung eines PWM-Signales. Mehr dazu im neuen Elektronik-Minikurs:

Viel Spass wünscht
Euer ELKO-Thomas

Update: Überspannungsschutz von empfindlichen Verstärkereingängen

Thomas Schaerer

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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.