Chopper-Verstärker für biomedizinische Instrumente

Bei der Aufnahme von Biopotentialen sind Rauschen und Driftdie beiden Probleme angetroffen. Geräusche entstehen durch das Aufnahmegerät und den Patienten, wenn sie sich bewegen. Drift ist eine Verschiebung der Grundlinie, die durch verschiedene thermische Effekte verursacht wird. Ein DC-Verstärker hat eine Verschiebung oder plötzliche Spitze im Ausgang, wenn der Eingang Null ist. Daher löst ein Chopper-Verstärker die Driftprobleme in Gleichstromverstärkern. Der Name Chop bedeutet, die Daten abzutasten. Die Verstärkerschaltung tastet das analoge Signal ab. So ist es bekannt als Zerhackerverstärker.
Die allgemeine Diagramm eines Chopper-Verstärkers ist wie unten gezeigt. Der erste Block-Chopper akzeptiert das DC-Eingangssignal und wandelt es in ein AC-Signal um. Der AC-Verstärkerblock verstärkt das zerhackte AC-Signal.

Als nächstes wird in dem Demodulatorgleichrichterblock ein verstärktes zerhacktes Wechselstromsignal in ein verstärktes Gleichstromsignal umgewandelt.

Prinzipschaltbild eines Chopper-Verstärkers

Der Zerhackerverstärker wird in zwei Typen eingeteilt. Mechanische und nichtmechanische Zerhacker Der Chopper wandelt ein DC- oder Niederfrequenzsignal in ein Hochfrequenzsignal um. Ein AC-Verstärker verstärkt das modulierte Hochfrequenzsignal. Das verstärkte Signal wird demoduliert und gefiltert, um das Niederfrequenz- oder Gleichstromsignal zu erhalten.

Mechanischer Chopper-Verstärker

mechanischer Chopper-Verstärker

Aus der Figur, Chopper S1 wirkt als elektromagnetisch betätigter Schalter oderRelais. "A" ist der AC-Verstärker, der einen Eingangs- und einen Masseanschluss besitzt. „Q“ fungiert als Referenzbegriff. Der Chopper fungiert als Schalter und verbindet den Verstärkereingang alternativ mit dem Bezugsterm Q. Betrachten Sie einen Zustand, in dem der Chopper S1 ist geschlossen. In dieser Position ist der Verstärkereingang mit Q verbunden1. Die gesamte Schaltung ist kurzgeschlossen, so dass die Eingangsspannung Null ist. Betrachten wir nun den umgekehrten Vorgang beim Zerhacker S1 ist offen. Der AC-Verstärker empfängt das Signal vom P-Anschluss. Schließlich hat der Verstärkereingang eine Wechselspannung, die zwischen Null und Eingangsspannung variiert. In diesem Stadium erfolgt die Umwandlung eines Gleichstromsignals in einen Rechteckimpuls mit Verstärkung. Diode 'D' korrigiert das zerhackte Signal.

Nach der Gleichrichtung ist das gleichgerichtete Signalgefiltert und verstärkt. Am Ausgangsanschluß M und N tritt das verstärkte Gleichstromausgangssignal auf. Die Zerhackungs- oder Abtastrate bestimmt die Antwortzeit des Zerhackers.

Nicht-mechanischer Chopper-Verstärker

nicht mechanischer Chopper-Verstärker

Im Vergleich zum mechanischen Typ a nicht mechanischer Zerhacker verwendet Fotodioden oder Fotoleiter fürModulation (Umwandlung von Gleichstromsignalen in Wechselstromsignale) und Demodulation (Umwandlung von Wechselstromsignalen in Gleichstromsignale). Wenn kein Licht auf die Fotodiode fällt, fließt kein Strom durch die Schaltung. Wenn jedoch Licht auf den Fotosensor fällt, wird der Widerstand niedrig. Der Strom fließt also durch den Sensor. Dieses System ähnelt einem Schaltvorgang.

Aus der Figur hat ein Oszillator zwei Neonröhren, die mit halben Schwingungszyklen arbeiten. PC1PC2PC3und PC4 sind Fotodioden. Neonlampe 1 blinkt am PC1 und PC2. Neonlampe 2 blinkt am PC3 und PC4. Wenn Licht auf den PC fällt1verringert sein Widerstandswert das Aufladen des Kondensators. Licht fällt auf den PC3 den Eingang durchfließen lassen, wenn der PC nicht leuchtet1. Daher der Lichteinfall auf PC1 und PC3 erfolgt alternativ zur Erzeugung eines QuadratsWellenimpuls über den Ausgangskondensator. Der erzeugte Rechteckimpuls ist der Eingang für den AC-Verstärker. Der Verstärkerausgang ist ein verstärkter Rechteckimpuls. Die anderen beiden Fotodioden PC2 und PC4 sind im Ausgangskreis. Das DC-Signal wird wiederhergestellt, und der Kondensator wird vollständig auf den Spitzenwert der Ausgangsspannung aufgeladen. In der Endphase entfernt ein Tiefpassfilter die unerwünschten Geräusche und Wellen. Der Ausgang ist ein verstärktes Gleichstromsignal.

Differenzial-Chopper-Verstärker

Differential-Chopper-Verstärker

Ein für die EEG-Messung verwendeter Chopper-Typ ist aDifferential-Zerhacker Es hat einen Transformator. Ein Chopper-Vibrator verbindet den Eingang des Transformators. Der Mittelabgriff des Transformators dient als eine der Klemmen für den Eingangsstecker. Der Chopper-Schalter fungiert als weiteres Terminal. AC-gekoppelter Verstärker sorgt für die Verstärkung. Der Ausgang dieses Verstärkers geht zum Filter- und Demodulatorblock. Schließlich wird ein verstärktes Gleichstromausgangssignal erhalten.

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