Усилители биопотенциалов

Поскольку требования по полосе частот полезного сигнала, динамическому диапазону, коэффициенту усиления и другим параметрам, характер помех и шумов при отведении биопотенциалов с помощью накожных электродов сходны, то можно предложить обобщенную схему усилителя биопотенциалов, пригодную для построения усилительных каналов аппаратуры, предназначенной для большинства методов исследования биоэлектрической активности. Как правило, это усилители «прямого усиления».

Усилитель биопотенциалов (УБП) — электрофизиологический прибор, одна из разновидностей измерительного усилителя. Служит для усиления и регистрации электрической активности живых объектов. Может быть самостоятельным прибором, или являться блоком других устройств, таких, как электрокардиограф, холтеровский монитор или детектор лжи. УБП, выполненный как отдельный прибор, может быть моноблочным, а может иметь выносной предусилитель, располагающийся максимально близко к электродам.

1 Общие сведение об УБП. Типы усилителей биопотенциалов

Усилитель — элемент системы управления или регистрации и контроля, предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, достаточного для срабатывания исполнительного механизма, за счёт энергии вспомогательного источника, или за счёт уменьшения других характеристик входного сигнала.
Усилитель биопотенциалов - это устройство, при помощи которого производится регистрация и усиление электрической активности живых объектов.
Существует несколько основных видов электрофизиологических усилителей. Выбор типа усилителя следует производить в зависимости от методического подхода решения конкретной экспериментальной задачи. При помощи некоторых усилителей можно проводить несколько типов измерений, но в основном только в рамках той методики, для которой он был разработан.
Различные виды УБП предназначены для внутриклеточной и внеклеточной регистрации.
...

2 Обобщенная функциональная схема УБП

Поскольку требования по полосе частот полезного сигнала, динамическому диапазону, коэффициенту усиления и другим параметрам, характер помех и шумов при отведении биопотенциалов с помощью накожных электродов сходны, то можно предложить обобщенную схему усилителя биопотенциалов, пригодную для построения усилительных каналов аппаратуры, предназначенной для большинства методов исследования биоэлектрической активности. Как правило, это усилители «прямого усиления».
На рис.2.1 приведена обобщенная схема усилительного каскада, построенная исходя из функций, которые должны быть выполнены для обеспечения высокого качества передачи полезного сигнала.

Рисунок 2.1 – Обобщенная функциональная схема усилителя биопотенциалов

В частных случаях реализации УБП некоторые блоки могут быть совмещены, но при проектировании любого высококачественного УБП должны быть учтены функции всех блоков, включенных в эту схему.
...

3 Особенности проектирования усилителей биопотенциалов

При проектировании усилителей биопотенциалов наиболее сложными этапами являются: составление функциональной схемы устройства, анализ требований к отдельным блокам, согласование входной цепи и расчет первых каскадов усиления. Идеальным для регистрации биопотенциалов был бы усилитель, который обладает бесконечно большим полным входным сопротивлением, полностью подавляет помехи от силовой сети, нечувствителен к потенциалам поляризации электродов и разностным помехам, лежащим за пределами полосы частот полезного сигнала. Однако построить такой усилитель практически невозможно, поэтому при разработке УБП пытаются реализовать ряд требований к ним.
1.Входное сопротивление усилителя должно быть по возможности ниже сопротивления биообъекта с учетом сопротивления перехода «кожа-электрод» с тем, чтобы не нагружать источник возбуждения, которым является биологический объект.