EMG-Elektroden-Impedanztester

 


Einleitung

EMG-Messsysteme zu kaufen kosten oft sehr viel Geld. Dafür können sie auch sehr viel, sind vielseitig und es gibt solche mit sehr vielen Messkanälen. Speziell dann, wenn intramuskuläre Messungen (Skizze) gefragt sind, kosten solche Systeme zusätzlich, u.a. weil die Abschirmung jeder Messleitung aktiv realisiert sein muss, um die Kapazität zwischen Leiter und Abschirmung zu neutralisieren (Skizze: Prinzip-Schaltung unten rechts).

Solche EMG-Messsysteme finden Anwendungen in Spitälern im praktischen Alltag und in Forschungsinstituten. Je nach Anwendungsgebiet stellt man sich die Frage, ob es nicht mit weniger Aufwand auch geht. Dabei stellt sich nicht selten auch die Frage, ob es Sinn macht selbst das zu bauen, was man wirklich benötigt. Selbstbau ist tatsächlich möglich, vor allem erst recht dann, wenn Forschungsinstitute eigene Elektroniklabors und Werkstätten haben. Ein weiteres Argument des Selbstbaus im Bereich der Forschung ergibt sich, wenn man zuvor nicht weiss was man alles realisieren will und welche Ideen in (naher) Zukunft aufkeimen, die man in die Experimente mit einbringen will. Ein mir bekanntes und miterlebtes Beispiel ist die Kombination mit Muskelkraftmessungen mit Dehnungsmess-Streifen (DMS).

Für solche Bedingen und Voraussetzungen eignen sich einige Elektronik-Minikurse zur Unterstützung. Eine Zusammenfassung geeigneter Links gibt es am Schluss im Kapitel "EMG-Helps - Linkliste".

iEMG bedeutet intramuskuläres EMG, - eine "Erfindung" einer Kollegin von einem gemeinsamen iEMG-Projekt. iEMG liest man im Text, wenn der Teilinhalt, sich nur oder hauptsächlich auf intramuskuläre EMG-Messung bezieht. Dies trifft auf den EMG-Elektroden-Impedanztester hier nicht zu, weil auch Messungen mit Oberflächen-Eleketroden (Haut) möglich sind.

Dieser Elektronik-Minikurs bietet mit einer Einzelschaltung eine Lösung, dessen Funktion in teuren modernen EMG-Messsystemen integriert ist. Misst man intramuskulär, ist es beim Einsatz von Elektroden, aus mit Teflon isoliertem sehr dünnen Draht (korrosionsfreiem Edelstahl) notwendig, die Kontaktierung zwischen der sehr kleinen abisolierten Elektrodenfläche am Ende des Drahtes und dem Muskelgewebe, in der Nähe der Nervenbahn, zu prüfen. Es geht darum, ob der Übergangswiderstand etwa im vernünftigen Bereich liegt. Hohe Messpräzision interessiert dabei nicht. Ob Kurzschluss oder Unterbruch, wird natürlich rasch erkannt.

Betreffs Elektroden eine kleine Skizze zum Voraus. Hier gilt Teilbild 5.1. Was es mit der Injektionsnadel und den abgewinkelten Elektrodendrähten auf sich hat, liest man in diesem einführenden EMG-Elektronik-Minikurs im Kapitel "Elektroden".

Das Printlayout zur Schaltung ist leider nicht mehr auffindbar. Hätte ich es, würde ich es selbstverständlich zur Verfügung stellen. Die Schaltung eignet sich unabhängig von der EMG-Anwendung, für das praktische Studium einzelner Teilschaltungen, die unter Umständen auch einem andern Zweck dienen können. Geeignete Unterstützung findet man in den andern Elektronik-Minikursen.



Impedanz-Experiment mit Drahtelektroden

Bild 1 zeigt schematisch ein Experiment mit sehr dünnem Elektrodendraht, wie bereits eingangs erwähnt. Anstelle eines biologischen Gewebes kommt für dieses Experiment destilliertes Wasser zum Einsatz. Dieses muss man mit der einigermassen richtigen Menge Kochsalz anreichern, so dass es in etwa einer so genannten physiologischen Kochsalzlösung von 0.9 Prozent entspricht. Wenn man es ganz genau machen will, physiologische Kochsalzlösung von 0.9 Prozent bekommt man in Drogerien. Für dieses Exepriment ist dies unnötig teuer. Diese 0.9-Prozent-Lösung entspricht der relativen Salzmenge (NaCL) im organischen Gewebe.

Da es hier ein messtechnischer Versuch ist betreffs des Widerstandes zwischen Elektroden im salzhaltigen destillierten Wasser, kann man die Kochsalzlösung leicht selbst herstellen. Man verwendet am besten gleich 1 Liter (1 kg) destilliertes Wasser (z.B. aus dem Supermarkt) und löst darin 10 g Kochsalz. Ganz genau müssten es 9 g sein, aber darauf kommt es hier nicht an.

Sektion A zeigt blockschematisch einen Sinusgenerator und zwei Multimeter, eines zur Messung der Spannung und eines zur Messung des Stromes. Davon wird der Widerstand, bzw. die Impedanz berechnet. Es ist eine Impedanz, weil es neben dem ohmschen Widerstand auch einen kleinen kapazitiven Anteil gibt. Sektion C deutet es an. Etwas mehr zum Thema des kapazitiven Anteils liest man im Kapitel "Wie misst man das Aktionspotenzial?" in (1).

Sektion B zeigt den Behälter mit der physiologischen Kochsalzlösung. Ein zweiadriges Kabel führt von der Sinus-Spannungsquelle zu einer Klemme, die fix montiert die Kabelenden mit den Elektrodendrähten verbindet. An dieser Stelle muss man mit einem feinen Messer die Teflon-Isolation wegkratzen. Bei einem Draht mit einem Durchmesser von nur 0.08 mm braucht es etwas Feingefühl. Passende Klammern zu finden ist nicht so einfach. Es müssen solche sein, die beim Schrauben dafür sorgen, dass zwei kleine Plättchen genau auf einander passen. Es gibt auch geeignete Klemmkontakte (Clamp), wo sich das Schrauben erübrigt, wie es dieses Foto zeigt. Nur so kann man den feinen Draht sicher fixieren. Dieses Klemmenproblem gibt es genau so beim intramuskulären Messen, wobei das zugeführte Kabel mit der Klemme an der Hautoberfläche mit hochwertigem festsitzenden Klebeband zugfest fixiert werden muss.

Sektion C zeigt den Drahtquerschnitt vergrössert in der physiologischen Kochsalzlösung NaCL. Wie bereits erwähnt, besteht der elektrische Drahtkontakt zur Flüssigkeit nur am vorderen Drahtende. Fein geschnitten mittels scharfer Klinge erzeugt dies eine Kontaktfläche von 0.0064 mm2. Eine fast echte punktuelle Kontaktierung. Sektion D illustriert grob die Situation des Widerstandes und der Kapazität als Impedanz zwischen der kleinen Kontaktfläche und der Kochsalzlösung, in der Funktion als Elektrolyt.

Sektion E zeigt die Abhängigkeit der Impedanz von der Sinusfrequenz. Als Referenzfrequenz gilt 1 kHz. Das ist leicht unterhalb der mittleren Frequenz vom Frequenzspektrum der intramuskulären EMG-Spannung. Diese liegt bei etwa 3 bis maximal 5 kHz. Der Sinn von 1 kHz ist, dass es eine höhere Impedanz zeigt, die auf den Instrumentationsverstärker, bei der iEMG-Messung, wirkt. Dies wiederum zeigt, wie wichtig es ist, dass dieser Eingangsbereich sehr hochohmig ist. Möglichst nahe am Wert, der die intergrierte Schaltung (z.B. INA111) bietet.

Die Impedanz erhöht sich zusätzlich während dem Einsatz des Elektrodendrahtes im Elektrolyten (NaCL). Illustriert nach 10 Minuten und nach einem Tag nach dem Schneiden am vorderen Ende des Drahtes. Auf die Messung selbst hat dies keine relevante Auswirkung, wie dies nachfolgend Teilbild 2.2 zeigt.



Impedanz-Situation im Elektrolyt, stark vereinfacht

Teilbild 2.1 wiederholt den iEMG-Teil aus der Skizze in der Einleitung. Diese ist hier in Teilbild 2.2 mit dem kapazitiven Anteil symbolisch erweitert. Genau genommen ist das in "unendlicher" Auflösung wirkende Impedanznetzwerk dreidimensional. Aber, wir müssen dieses Thema nicht weiter vertiefen. Es geht nur darum, um grundsätzlich zu erkennen, dass die Impedanz zwischen der Spannungsquelle (Aktionspotenziale), via Elektrolyt und Elektroden zum Eingang des EMG-Verstärkers anliegt. Eine Veränderung der Impedanz des Elektrolyten ist von geringer Bedeutung, weil die Eingangsimpedanz der nachfolgenden Verstärkerschaltung um viele Grössenordnungen höher ist. Erwähnenswert für solche iEMG-Projekte ist der Instrumentationsverstärker INA111, der in diesem Elektronik-Minikurs (2) zur Anwendung kommt.



Die Prinzipschaltung

Diese Prinzipschaltung vermittelt keine präzisen Informationen. Sie bietet eine kurze Funktionsübersicht. Ein Beispiel: Wären die Dioden D1 bis D4 tatsächlich direkt mit GND verbunden, würde dieser Teil der Schaltung nicht funktionieren. Dazu fehlen hier die Elkos C2 und C6. In der Detailschaltung, im nachfolgenden Bild 4, wird die Funktion dieser Dioden erklärt.

Bei Schaltungen in den Elektronik-Minikursen, wo unterschiedliche integrierte Schaltungen (ICs) im Einsatz sind, nummeriere ich diese gemeinsam mit IC:A, IC:B, IC:C, IC:D etc. Da es hier als IC nur Operationsverstärker (Opamps) gibt, erfolgt die Nummerierung mit OA:A, OA:B, OA:C und OA:D. Die Bauteil-Nummern sind identisch mit denen im nachfolgenden Bild 4, das die vollständige Schaltung zeigt. (OA = Operational-Amplifier = Opamp)

OA:A1 dient der Erzeugung der Referenzspannung Ub/2 (Ub = Betriebsspannung). OA:A2 arbeitet als Rechteckgenerator mit einer Frequenz von 1.2 kHz. OA:A3 invertiert diese Rechteckspannung. Beide Rechteckspannungen bilden gemeinsam eine Rechteck-Gegentaktspannung.

Die antiparallel geschalteten Dioden D1-D4 stabilisieren die Rechteckspannungen auf einen niedrigen Wert. Die Stabilisierungsqualität ist hier ausreichend. Die nachfolgend beiden passiven Tiefpassfilter reduzieren die hohen Frequenzanteile des Frequenzspektrum, erzeugt durch die steilen Schaltflanken der Rechteckspannung. Dadurch wird die Impedanz des Elektrolyts und die im Bereich des Phasenüberganges zur Elektrode im mittleren Bereich gehalten. Eine Sinusspannung ist richtig für das vorausgehende Experiment in Bild 1 (siehe Impedanz Z). Eine sägezahnähnliche Spannung genügt für die vorliegende Anwendung. Der höherfrequente Anteil des Spektrums ist damit ausreichend reduziert.

Über R13 und R10 erfolgt, DC-entkoppelt mit C8 und C9, der Kontakt zu den Drahtelektroden via abgeschirmtes Stereokabel. In Bild 3 bezeichnet als "Abgeschirmtes-Elektrodenkabel". Dies vermeidet die Einkopplung von Störspannungen (z.B. 50-Hz-Brummspannung), damit ist die Stabilität der LED-Balkenanzeige gewährleistet. Man könnte für diese Messung ebenso ein zweiadrig abgeschirmtes Kabel verwenden, jedoch nicht wenn man danach zur biologisch bedingten Impedanz, zur iEMG-Messung, übergeht. Dazu als Beispiel die Schaltung des Vorverstärkers zur intramuskulären iEMG-Messung mit Guard-Drive. Dies bedeutet, dass die parasitäre Kapazität zwischen Leitung und Abschirmung neutralisiert wird. Hier die Schaltung EMG-Vorverstärker-Deluxe (Bild3) aus diesem Elektronik-Minikurs (2) .

Man beachte in diesem Bild 3 des EMG-Vorverstärker-Deluxe die Schirm-Anschüsse +Us und -Us (s = Schirm). Auf den beiden Schirmen liegt die selbe EMG-Spannung wie bei den Elektroden-Eingängen +Ue und -Ue. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Eletroden-EMG-Spannung hochohmig ist und die selbe Spannung auf den Schirmen niederohmig. Dies besorgen die Emitterfolger-Schaltungen mit den Transistoren T5 und T6. Diese diskreten Transistorschaltungen erzeugen deutlich weniger Rauschspannung, als eine Impedanzwandlerschaltung mit Opamps. Ausser man bemüht sich nach extrem rauscharmen Exemplaren.

Phasenübergänge: Zurück zum Bild 3 hier. Beim Phasenübergang zwischen Metall-Elektrode und Elektrolyt (NaCL im technischen Experiment oder im Muskelgewebe) entsteht eine elektrische DC-Spannung Up. Es ist im Prinzip die Funktion einer elektrochemischen Batterie. Diese DC-Spannung muss man vom Messsystem fernhalten und dies geschieht mit C8 und C9. Die beiden natürlichen DC-Spannungsquellen Up sind gleichpolig in Serie geschalten. Dies reduziert in der Theorie die DC-Spannung zwischen den beiden Elektroden auf Null. In der Praxis trifft dies nicht zu. Es ist die verbleibende niedrige Rest-DC-Spannung die gefiltert werden muss.

Up ist die elektrolytisch bedingte DC-Spannung beim Phasenübergang. Das selbe betrifft die Kapazität Cp und den Widerstand Rp. Cp und Rp betrifft den Phasenübergang bei der Elektrode und aber auch die C- und R-Anteile im Elektrolyten, wie in Teilbild 2.2 gezeigt. Übrigens, die Entdeckung der kapazitiven Anteile im elektrolytischen Medium ist noch gar nicht so alt. Sie geht meines Wissens zurück auf eine Dissertation zum Thema Elektromyographie etwa in den 1980er-Jahren. Cp und Rp bilden die Impedanz Zp oder einfach nur Z.

Endverstärker und LED-Balkenanzeige: Drei Opamps von einem Quadopamp sind als Instrumentationsverstärker beschaltet. Es ist OA:B1-B3. Die beiden inversen sägezahnähnlichen Spannungen addieren sich mit diesen drei Opamps. Am Ausgang steht die doppelte Spannung für die LED-Balkenanzeige zur Verfügung.

Nochmals Abschirmung: Man neigt dazu anzunehmen, dass ein relativ langes abgeschirmtes Stereokabel, die Impedanzmessung stört, auf Grund der parasitären Kapazität zwischen Leiter und Schirm. Das trifft zu, hält sich aber stark in Grenzen. Ich testete dies anstelle eines solchen Kabels mit jeweils zwei Kondensatoren mit gleicher Kapazität. Dabei zeigte sich, dass zwei Kondensatoren von je 150 pF bis zur Messung im maximalen Bereich von 2.5 M-Ohm keine signifikante Auswirkung zeigt. Ein zwei Meter langes abgeschirmtes Stereokabel hat eine Kapazität von je knapp 100 pF. Gemessenes Beispiel 86 pF.



Die Schaltung im Detail

Die Funktionsweise im Überblick ist im Text zu Bild 3 Prinzipschaltung bereits ausführlich beschrieben. Es geht hier zu Bild 4 vereinzelt um Details. Zur sehr einfachen Schaltung für die Erzeugung der Referenzspannung Ub/2 (OA:A1) - die halbe Betriebsspannung - bedarf es schon mal keine weitere Erklärung. Ebenso wenig für den Rechteckgenerator mit OA:A2. Und sonst wird man mit Google leicht vielfach fündig mit der Eingabe von [rechteckgenerator operationsverstärker].

Die Stabilisierungsfunktion mit den antiparallel geschalteten Dioden D1 mit D2 und D3 mit D4 sieht man hier mit je einem Elko C2 und C6 ergänzt. Erst dadurch stellt sich auf dem Pegel von Ub/2 die symmetrische Rechteckspannung von etwa ±0.7 V ein. Dies ist möglich, weil die Zeitkonstante von R11 mit C2 und R8 mit C6 sehr viel grösser ist als die von R1 und C1 des Rechteckgenerators mit IC:A2. Man beachte Diagramm A (A im Kreis). Die Messung erfolgt zwischen R11 und R12. Genau das selbe Diagramm zeigt sich invertiert (spiegelbildlich) zwischen R8 und R9. Aus Platzgründen ist dieses Diagramm nicht gezeichnet. Die Bezeichnung von einer negativen Spannung bezieht sich hier stets auf die Referenzspannung Ub/2, wenn nicht anders vermerkt.

Die beiden passiven Tiefpassfilter, bestehend aus R12 mit C3 und aus R9 mit C7, erzeugen aus den Rechteckspannungen die sägezahnähnliche Spannungen B und C. Wie skiziert, gegeneinander invertiert. OA:A3 invertiert die Rechteckspannung von OA:A2. OA:B1-B3 arbeiten als Instrumentationsverstärker. Am Ausgang von OA:B3 liegt die doppelte sägezahnähnliche Spannung D, das Steuersignal für die LED-Balkenanzeige.

Problem Überspannung: Welche Rolle spielen die beiden Z-Dioden Z1 und Z2 mit je einer Z-Spannung von 12 V? Sie schützen die Eingänge von Pin 10 (OA:B1) und Pin 5 (OA:B2). Wenn die Elektroden offen herumliegen, kann zufällig ein E-Feld, im dümmsten Fall, eine zu hohe Spannung erzeugen, wenn die Z-Dioden nicht existieren. Im Einsatz sind die Eingänge von Opamps in CMOS-Technologie (LinCMOS) sehr hochohmig. Die maximale Eingangsspannung darf die Betriebsspannung Ub (9V-Batterie) nicht überschreiten und den GND-Pegel nicht mit mehr als -0.3 V unterschreiten, gemäss TLC274-Datenblatt, auf Seite 5.

Ein kleines Experiment: Man kann es selbst testen mit einer einfachen Verstärkerschaltung mit einem LinCMOS-Opamp (z.B. TLC271, TLC272, TLC274). Es genügt Verstärkung von 1 mit einer totalen Gegenkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang. Dies ist möglich, weil dieser Opamp unitygain-stable ist. Also bei Verstärkung von 1 nicht oszilliert. Deshalb können unbenutzte Opamps eines Dual- oder Quad-Opamp eingangsseitig so einfach beschaltet sein, wie dies Teilbild 5.5 zeigt. Nebenbei bemerkt, im Dual-Supply-Betrieb ±Ub, kann man den nichtinvertierenden Eingang ebenfalls auf GND setzen.

Zu den Teilbildern 5.1 bis 5.4: Die Ausgangsspannung Ua entspricht der nichtinvertierenden Eingangsspannung Ue bis maximal etwa 1 V unter der der Betriebsspannung. Bei Ub = +9 VDC sind es etwa 8 VDC. Man kann die Eingangsspannung problemlos bis auf 15 VDC erhöhen (im Betrieb nicht empfehlenswert!), die Ausgangsspannung bleibt auf diesen etwa 8 VDC fixiert und es fliesst dabei kein signifikanter Strom in den nichtinvertierenden Eingang. Ganz anders wenn man die Eingangsspannung Ue in den Minusbereich (bezogen auf GND) verschiebt.Bei -0.3 VDC fliesst gerade noch kein Strom. Bei etwa -0.5 VDC fliesst bereits ein schwacher Strom. Erhöht man diese Spannung nur geringfügig steigt der Strom deutlich. Dieses Problem und die Folgen davon vermeidet man mit einem Widerstand vor dem nichtinvertierenden Eingang (Teilbild 5.4).

Damit kommen wir zurück zu Bild 4. Die Z-Dioden vermeiden eine höhere Spannung als 12 V. Es könnte auch mehr sein. Auch mit 15V-Z-Dioden passiert noch nichts. Es ist aber ein kritischer Zustand. Wenn aber an den Elektroden auch nur kurzzeitig eine negative Spannung anliegt, begrenzt sie die Z-Diode, in der Diodenfunktion, auf etwa -0.7 V. In diesem Zustand begrenzen die Schutzwiderstände Rs den Strom, so dass der LinCMOS-Opamp keinen Schaden erleidet. Über Rs liegen etwa maximal 0.4 V. Begrenzt durch 39 k-Ohm (Rs), beträgt der Strom nur 0.01 mA. Dies richtet keinen Schaden an.

Wie man Eingänge von Opamps schützt mit unterschiedlichen Massnahmen zeigt der folgende Elektronik-Minikurs (4). Die folgende Schaltung zeigt Transistoren, alternativ zu Picoampere-Dioden im Einsatz. Dies kann sehr wichtig bei hochohmigen Messungen sein. Kurzzeitige Überspannungen entstehen durch Berührung der Elektroden oder durch freies Herumliegen, wenn zufällig ein E-Feld auf die Elektroden einwirkt. Auch hier hat es vor dem Eingang des Opamp einen Widerstand (R2), der ebenfalls ein schädlicher Stromfluss vermeidet.

Mess-Schaltung: Die gesamte Mess-Schaltung besteht zur Hauptsache aus dem Instrumentationsverstärker mit OA:B1-B3. Wie man leicht aus R14, R15 und Ry erkennt, ist die Verstärkung sehr niedrig. Ganz im Gegenteil, wenn die Elektroden zur Messung der sehr kleinen EMG-Spannungen eingesetzt werden, wie dieser EMG-Verstärker (IC:A1-A3) für die Messung mit Oberflächenelektroden zeigt. IC:B1 und IC:B2 dienen der zusätzlichen einstellbaren Verstärkung mit einem Poti P1 und der Tiefpassfilterung für 1 kHz (R12 mit C4 und R15 mit C5), mit dem Zweck die Rauschspannung zu reduzieren. Diese Schaltung dient für die EMG-Biofeedback-Anwendung.

R13 und R10 wirken in Serie mit dem Widerstand zwischen den beiden Elektroden im elektrolytischen Medium als Spannungsteiler. Entsprechend diesem natürlichen und variablen Widerstand, passen sich die Spannungen B, C und D entsprechend an. Ebenso dem entsprechend die LED-Balkenanzeige. Die Spannungen B und C entsprechen den Spannungen an den Knotenpunkten von R13 mit Z1 und R10 mit Z2. Mit einer Änderung von Ry kann man die Verstärkung für einen andern Messbereich anpassen. C8 und C9 dienen einzig dem Zweck, dass zwischen den Elektroden sicher eine reine AC-Spannung anliegt.

Elektrodenstrom ungefährlich: Zwischen den beiden Elektroden liegt die sägezahnähnliche AC-Spannung von etwa 0.8 Vpp (Spannungen B und C). Dies ist die Spannung, wenn die Elektroden nicht im elektrolytischen Einsatz sind. Der Quellwiderstand entspricht dem Widerstand R13 plus R10. Das sind total 440 k-Ohm. Beträgt der elektrolytische Widerstand z.B. 200 k-Ohm, erzeugt dies ein AC-Strom von absolut ungefährlichen und nicht spürbaren 1.3 µA.

LED-Balkenanzeige: Wenn der Widerstand zwischen den Elektroden im elektrolytischen Medium (Salzwasserlösung oder Muskelgewebe) etwa 10 k-Ohm (extrem niedriger Wert bei Oberflächenelektroden) beträgt, leuchtet nur LED-1 hell. Bei einem Zwischenwert von 10 bis 25 k-Ohm leuchtet LED-1 hell und LED-2 entsprechend dunkler. Ist es ein Wert zwischen 100 bis 250 k-Ohm, leuchten LED-1 bis LED-4 hell und LED-5 entsprechend dunkler. Dieses Beispiel zeigt Bild 3 ganz rechts.

Die Schaltung für LED-8 zeigt sich im Detail. R20 und Rx definieren die Verstärkung des Opamp (OA:C1). Die Bauteil-Nummern sind für alle acht Schaltungen gleich. Ebenso die Werte, ausser Rx. Rx definiert jeweils die einzelnen Display-Werte für jeden Schaltungsblock von LED-1 bis LED-8. Mit Rx kann man die Anzeige der Zwischenwerte nach Bedarf optimieren.

Zur Schaltung im Detail. Nach der Verstärkung durch den Opamp (OA:C1-D4) erfolgt die Einweggleichrichtung mit D5 und die Glättung mit R21 und C12. R22 sorgt für die vollständige Entladung von C12, wen D5 nicht leitet, weil die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Opamps zu niedrig ist. Wenn man es ganz genau nehmen will, müsste man am Basiseingang von T3 ein Widerstand setzen. Dann könnte man C12 kleiner wählen.

Als LEDs kommen nur Lowcurrent-LEDs zum Einsatz, die schon bei etwa 1 mA vernünftig leuchten. Lowcurrent-LEDs, hier der Typ HLMP-K150, und solche LEDs mit hoher Leuchteffizienz sind nicht dasselbe. Lowcurrent-LEDs leuchten brauchbar hell bei geringem Strom, aber nicht viel heller bei höherem Strom. Bei voller Batteriespannung von 9 VDC beträgt der LED-Strom 1.2 mA, bei eingeschaltetem T3. Leuchten alle LEDs sind es fast 10 mA, die in den Ausgang von OA:A1 (Ub/2) fliessen. Das ist problemlos zulässig, weil der maximal zulässige Strom am Ausgang von OA:A1 (Erzeugung der Ub/2-Referenzspannung), gemäss TLC274-Datenblatt, auf Seite 5, 30 mA beträgt.

Netzteil und Aus-Timer: Da das Testen des Elektodenwiderstandes im Elektrolyten nur kurz im Einsatz ist, z.B. kurz vor den folgenden (i)EMG-Messungen, eignet sich eine Netzteilschaltung, die mit einem Taster eingeschaltet und durch eine Zeitverzögerung wieder ausgeschaltet wird. Dies schont die Batterie. Mit dem Druck auf die Taste START, wird C21, nur sehr leicht verzögert, durch R32 geladen. Diese Verzögerung mit einer Zeitkonstante von knapp 70 ms vermeidet einen hohen Stromimpuls in C21 und C22. Ohne diese Einschaltverzögerung ist T1 beim Einschaltvorgang gefährdet. Nach dem Einschalten und Loslassen der Taste START entladet sich C21 langsam durch den hochohmigen R33. Beim Unterschreiten einer gewissen Gate-Source-Spannung von T2 (BS170) öffnen T2 und T1. Die Ausschaltverzögerung dauert etwa 6.5 Minuten. Durch Änderung der Werte von C21 und/oder R33 kann man die Ausschaltzeit dem eigenen Bedürfnis anpassen.



EMG-Helps - Linkliste





Thomas Schaerer, 21.09.2019