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28 FACHBEITRAG | PASSIVE BAUELEMENTE Widerstände für medizinische Anwendungen Mit der Entwicklung neuer Verfahren in der Medizintechnik und der Bereitstellung neuer Lösungen der Elektrotechnik nimmt der elektronische Inhalt von Geräten für medizinische Anwendungen stetig zu. Gleichzeitig lassen diese Geräte die Krankenhausgrenzen hinter sich und dienen zunehmend den gemeinschaftsbasierten und heimbasierten Märkten im Gesundheitswesen. Autor: Falko Ladiges 3|2011 Erschienen in MEDIZIN+elektronik Ausgabe 2/2011 Dabei ist die Entwicklung vorwiegend auf die steigende Verarbeitungsleistung digitaler Systeme zurückzuführen. Dennoch bleibt der menschliche Körper gleich und hohe Zuverlässigkeit passiver Komponenten spielt in drei weitgefächerten Bereichen eine immer wichtigere Rolle. Zu diesen Bereichen zählen: KONTAKT • ABBILDUNG • ANALYSE Der erste Bereich KONTAKT bezieht sich auf alle Geräte mit einer elektrischen Verbindung zum Körper. Als Beispiele sind hier die DAS KUNDENMAGAZIN DER WDI AG
zuführung von hochenergetischen impulsen für die Defibrillation, die erfassung von natürlich erzeugten Signalen für eeg und ekg sowie die messung der impedanz des körpers für das respiratorische oder plethysmographische monitoring zu nennen. Der Bereich ABBILDuNG umfasst das röntgen, mrT und ultraschall, die wiederum jeweils spezielle Anforderungen an die Widerstandskomponenten stellen. Die ANALYSe schließlich deckt die Bereiche iVD und Laborgeräte ab. Dieser Verwendungshinweis dient dem entwickler als Leitfaden zur Auswahl der geeigneten komponenten für alle drei genannten Bereiche. zusätzlich dazu sind die umfassenden Produktdatenblätter erhältlich. KoNTAKT: Defibrillator – Laderegler Abbildung 1 zeigt das vereinfachte Schaltbild eines Ladestromkreises für einen Defibrillator. Die stabile und wiederholbare messung der Ladespannung ist eine äußerst wichtige Funktion für diesen Stromkreis, da hier die menge der an den Patienten übertragenen elektrischen energie bestimmt wird. im Hinblick darauf, dass die zugeführte energie proportional zum Quadrat der Spannung ist, erfordert eine Toleranz von 1 % für die energie eine Toleranz von 0,5 % beim Laderegler. in diesem Schaltbild ist r1 ein hochohmiger Widerstand, ge-wöhnlich im Bereich von 5 m bis 50 m, der zusammen mit einem handelsüblichen Chip-Widerstand r2 einen Spannungsteiler für die Spannungsrückkopplung bildet. Die entscheidenden merkmale dieses hochohmigen Widerstands sind Linearität, ausgedrückt durch den Spannungskoeffizienten (VCr) und den Abbildung 1 Abbildung 2 Temperaturkoeffizienten (TCr) sowie Langzeitstabilität bei Spannungsbelastung. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund des rasanten Wachstums im nichtfachspezifischen AeD-Segment die notwendigkeit für eine kompakte Standfläche und die Funktionalität unter den verschiedenstenumweltbedingungen, einschließlich hoher Feuchtigkeit. Das Fehlerbudget für den Widerstandswert lässt sich wie folgt ausdrücken: fehler = Toleranz + Lötmittelhitzebeständigkeit + TCr-fehler bei Tmin/Tmax + VCr-fehler bei Vmax + umweltbeständigkeit Die ersten beiden Ausdrücke können gewöhnlich durch kalibrierung nach Aufbau eliminiert werden. Die verbleibenden drei Ausdrücke werden im Folgenden beschrieben. Die am besten geeignete Widerstandstechnik für diese Anwendung ist der Dickschicht- PASSiVe BAueLemenTe | FACHBeiTrAg widerstand. Als Linearitätsgrenzen dienen der Temperaturkoeffizient und der Spannungskoeffizient des Widerstands, der jeweils die grenze für reversible Widerstandsänderungen darstellt (Abbildung 2). Die Temperaturkurve weist die normale „u”-Form auf, deren grenzen die TCr bilden, der typischerweise +/- 100 ppm/°C beträgt. Der TCr-Fehler kann durch Auswahl des höchstmöglichen ohmschen Wertes zur Verringerung der Selbsterhitzung und durch eine Anordnung, die eine nähe von wärmeerzeugenden komponenten ausschließt, mini- miert werden. Die Spannungskurve hingegen zeigt lediglich eine negative Steigung mit einer grenze, die durch den VCr gebildet wird, der typischerweise zwischen -1 und -5 ppm/V liegt. Hochspannungswiderstände nutzen besondere entwicklungsverfahren zur minimierung des VCr, aber letztlich besteht ein ziel- konflikt zwischen VCr und Produktgröße. es ist anzumerken, dass die Steigung sich bei zunehmender Spannung erhöht und der VCr-Fehler dadurch verringert werden kann, indem der Widerstand nur bei bis zu 75 % der vollen nennspannung betrieben wird. Widerstände werden gewöhnlich bei Spannungen von Vmessung
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