Aká je úloha diód v zariadeniach na elektrokardiogram (EKG)?

1, Správa napájania: základný kameň zabezpečenia stabilnej prevádzky zariadenia
Zariadenia EKG vyžadujú extrémne vysokú stabilitu napájania a kolísanie napätia alebo výpadky napájania môžu spôsobiť skreslenie signálu alebo dokonca poškodenie zariadenia. Dióda vytvára viacúrovňový systém ochrany napájania prostredníctvom funkcie usmerňovania, stabilizácie napätia a spätnej ochrany.

Úplný obvod usmerňovania vĺn
Tradičné elektronické trubicové EKG prístroje používajú dvojitý diódový celovlnový usmerňovací obvod na premenu striedavého prúdu na pulzujúci jednosmerný prúd. Napríklad istý model elektrokardiografu využíva centrálny delený dizajn zosilňovacej cievky transformátora na striedavé vedenie dvoch diód, čím sa dosahuje úplné využitie kladných a záporných polcyklových prúdov. Tento obvod potláča zvlnenie striedavého prúdu v pulzujúcom jednosmernom prúde pod 50 Hz prostredníctvom filtračnej kombinácie tlmivky a kondenzátora, čím zaisťuje, že kolísanie napájacieho napätia zosilňovača je menšie ako 0,1 V, čo spĺňa požiadavky na vysoko presné získavanie signálu-.
Aplikácia diódy regulátora napätia
Na strane vstupu napájania tvorí obvod regulátora napätia dióda regulátora napätia (ako je typ 2CW2) a odpor obmedzujúci prúd. Keď vstupné napätie kolíše, regulátor napätia udržuje konštantné výstupné napätie prostredníctvom svojej reverznej prieraznej charakteristiky. Napríklad prenosný EKG prístroj používa 12V obvod regulátora napätia. Keď sa vstupné napätie mení v rozsahu 9-15V, kolísanie výstupného napätia nepresiahne ± 0,2V, čím sa účinne zabráni kolísaniu základnej línie spôsobenému nestabilným napájaním.
Reverzná ochrana a elektrostatické potlačenie
Na rozhraní elektród môžu diódy na potlačenie prechodného napätia (elektrónky TVS) rýchlo reagovať na vysokonapäťové impulzy, ako je elektrostatický výboj (ESD). TVS trubica má nanosekundovú dobu odozvy a keď napätie prekročí prahovú hodnotu, jej impedancia prudko klesne z megaohmov na ohmy, čím sa do uzemňovacieho vodiča zavedie rázový prúd. Napríklad určitý model 12-zvodového EKG prístroja je vybavený obojsmernými TVS trubicami na každom vstupe zvodov, ktoré dokážu odolať 8 kV elektrostatickému šoku bez poškodenia, čím sa výrazne zlepšuje schopnosť zariadenia odolávať-rušeniu.
2, Spracovanie signálu: hlavný odkaz na optimalizáciu kvality priebehu
Signály EKG majú slabé (úroveň μ V), nízku frekvenciu (0,05-100 Hz) a vysokú impedanciu a sú ľahko ovplyvnené rušením napájacej frekvencie, elektromyografickým šumom a vnútorným elektromagnetickým rušením zariadenia. Diódy dosahujú funkcie obmedzenia signálu, detekcie a filtrovania prostredníctvom nelineárnych charakteristík, čím sa zlepšuje pomer signálu -k šumu.

Obmedzujúci dizajn obvodov
Na vstupnom stupni zosilňovača môže obojsmerný obmedzovač zabrániť silnému rušivému signálu presýtiť zosilňovač. Napríklad určitý model EKG prístroja využíva dvojitý diódový obmedzovací obvod. Keď amplitúda vstupného signálu prekročí ± 500 mV, dióda obíde prebytočnú energiu, čím sa zabezpečí, že nasledujúci zosilňovač bude pracovať v lineárnej oblasti. Tento dizajn umožňuje zariadeniu udržiavať mieru skreslenia tvaru vlny 0,1 % aj v prostredí so silným elektromagnetickým rušením.
Detekčné a opravné aplikácie
V obvode detekcie vĺn QRS tvoria diódy a kondenzátory špičkový detektor na extrahovanie obalu signálu elektrokardiogramu. Napríklad určitý model monitora používa obvod absolútnej hodnoty zložený z operačných zosilňovačov a diód na konverziu bipolárnych signálov elektrokardiogramu na unipolárne signály na následné digitálne spracovanie. Tento obvod zlepšuje citlivosť detekcie QRS vlny na viac ako 98% optimalizáciou uhla vedenia diódy.
Potlačenie stimulačného pulzu
U pacientov s implantovanými kardiostimulátormi musia EKG zariadenia potlačiť impulzy s vysokou amplitúdou (zvyčajne až 2,5-5V) vydávané kardiostimulátorom. Určitý model EKG prístroja využíva odrušovací obvod zložený z diód a kondenzátorov. Keď príde stimulačný impulz, dióda vedie na nabitie kondenzátora, čím sa vytvorí efekt dolnopriepustného filtra na zoslabenie amplitúdy impulzu pod 10 mV, čím sa zabráni blokovaniu následného zosilňovača.
3, Priemyselná prax: Technologická inovácia poháňa modernizáciu zariadenia
S rozvojom medicínskej elektroniky ukazuje aplikácia diód v EKG zariadeniach integrovaný a inteligentný trend, ktorý podporuje vývoj zariadení smerom k prenosnosti a vysokej presnosti.

integrovaný dizajn
Moderné EKG zariadenia používajú aplikačne špecifické integrované obvody (ASIC) na integráciu diód, operačných zosilňovačov, rezistorov a kondenzátorov do jedného čipu. Napríklad určitý model 12-zvodového modulu EKG integruje pole trubíc TVS, aby sa dosiahla prepäťová ochrana rozhrania elektródy, pričom sa zmenšila plocha PCB o viac ako 40 %. Integrovaný dizajn tiež optimalizuje prispôsobenie parametrov diódy na zvýšenie vstupnej impedancie na viac ako 100 M Ω, čo spĺňa požiadavky na získavanie signálu s vysokou impedanciou.
optimalizácia nízkej spotreby energie
Prenosné EKG zariadenia sú citlivé na spotrebu energie a Schottkyho diódy sú široko používané v obvodoch spínania energie kvôli ich nízkemu poklesu napätia vpred (0,1-0,3V). Napríklad istý model ručného EKG prístroja využíva diódy BAS16 Schottky na dosiahnutie bezproblémového prepínania medzi batériami a záložnými zdrojmi energie, s dobou prepínania kratšou ako 10 μs a znížením spotreby energie o 60 % v porovnaní s tradičnými kremíkovými diódami.
Technológia inteligentnej ochrany
Najnovšia generácia EKG zariadení predstavuje ochranný obvod, ktorý kombinuje samoobnovovacie poistky a diódy. Keď je prívodný vodič skratovaný, samoobnovovacia poistka preruší prúd, zatiaľ čo TVS trubica potláča prechodné vysoké napätie; Po odstránení poruchy sa poistka automaticky vráti do vedenia, čím sa zabráni vypnutiu zariadenia. Táto technológia zvýšila stredný čas medzi poruchami (MTBF) zariadení na viac ako 50 000 hodín.