Messung und Analyse myoelektrischer Signale - Communications ...

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5. Entwicklung und Aufbau eines Mess- und Erfassungssystems Eine so genannte Instrumentationsverstärkerschaltung aus mehreren Operationsverstärkern ermöglicht im Speziellen diese Aufgaben und bietet weiterhin den Vorteil nahezu unendlich hoher Eingangswiderstände an zwei Eingängen. Bei einer differenzbildenden Verstärkerschaltung aus nur einem Operationsverstärker sind die Eingangswiderständ am invertierenden und nichtinvertirenden Eingang hingegen meist unterschiedlich groß. In dem realisierten System besteht die Schaltung aus drei Operationsverstärkern. Abbildung 5.2 zeigt den Schaltplan einer solchen Schaltung. Ihre Ausgangsspannung berechnet sich nach: Ua = � 1 + � 2 R2 (Ue2 − Ue1) . (5.1) R1 Die Gleichtaktunterdrückung ist unabhängig von der Dimensionierung der Differenzverstärkung. Liegt an beiden Eingängen der Schaltung eine Gleichtaktspannung, erzeugen beide Operationsverstärker der Eingangstufe an ihren invertierenden Eingängen exakt die selbe Gleichtaktspannung, da die Differenzspannung zwischen den Eingängen eines Operationsverstärkers im eingeschwungenen Zustand immer 0 V ist. In diesem Fall liegt an beiden Seiten des Widerstandes R1 die gleiche Spannung an. Der Spannungsabfall ist Null, wodurch kein Strom durch ihn fließen kann. Folglich ist er für Gleichtaktsignale nicht existent und die Operationsverstärker arbeiten lediglich als Impedanzwandler. Aus diesem Grund sind die Verstärkungen der ersten beiden Operationsverstärker für diese konstanten Spannungen gleicher Polarität lediglich V=1. Der nachfolgende Verstärker subtrahiert die nicht verstärkten Gleichtaktspannungen was als Resultat Null ergibt und somit einer wirkungsvollen Unterdrückung entspricht. Realisiert man die Spannungsverstärkung folglich durch die ersten beiden Operationsverstärker, erhält man eine hohe Gleichtaktunterdrückung und den Vorteil einer einfachen Einstellung der Verstärkung über nur einen Widerstand, R1. Der dritte Operationsverstärker übernimmt in diesem Fall die Differenzbildung und verstärkt nur mit einer Verstärkung von V=1. Er überträgt die verstärkte Differenzspannung auf den asymmetrischen Ausgang der Schaltung. Die Schaltung muss exakt symmetrisch aufgebaut sein, um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten. In der Anfangsphase der Untersuchungen dieser Diplomarbeit zeigte sich, dass ein Aufbau aus diskreten Bauteilen aufgrund hoher Bauteiltoleranzen keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefert. Abbildung 5.3 zeigt einen solchen Protoypenaufbau auf einer Lochrasterplatine. Ein integrierten Schaltkreis des Herstellers Burr-Brown, der INA111, wird in der realisierten Schaltung eingetzt. Dieser integrierte Schaltkreis entspricht exakt dem oben erklärten Prinzip der Differenzverstärkerschaltung. Durch lasergetrimmte Widerstände 60
5. Entwicklung und Aufbau eines Mess- und Erfassungssystems Abbildung 5.2.: Schaltplan der Instrumentationsverstärkerschaltung Abbildung 5.3.: Prototyp der Sensoreinheit auf Lochrasterplatine erreicht dieser Baustein ein hohe Symmetrie und somit hohe Gleichtaktunterdrückung. Seine Eingangsstufen sind mit FET 1 -Transistoren realisiert und ermöglichen einen geringen Eingangsstrom und eine hohe Eingangsimpedanz. Detailliertere Daten befinden sich im Datenblatt [34] auf der im Anhang beigefügten CD-ROM. 1 Feldeffekttransistor FET 61
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Diplomarbeit II Messung und Analyse
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Vorwort An dieser Stelle möchte ic
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Inhaltsverzeichnis 4. Signalanalyse
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Verwendete Symbole und Formelzeiche
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1. Einleitung Die Medizintechnik is
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1. Einleitung In der aktuellen Elek
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2. Physiologische Grundlagen der my
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