Βιοενισχυτές

Abstract

Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας των ενισχυτών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για να ενισχύσουν βιοσήματα, τα οποία είναι είτε ηλεκτρικής φύσεως, είτε έχουν προηγουμένως μετατραπεί σε ηλεκτρικά σήματα. Οι διατάξεις αφορούν τις βαθμίδες της προενισχύσεως, δηλ. αυτές που χρησιμοποιούνται κυκλωματικά αμέσως μετά την απόκτηση του σήματος μέσω ηλεκτροδίων ή μετατροπέων. Δίνονται οι βασικές εξισώσεις που διέπουν τη λειτουργία του διαφορικού ενισχυτή και αναλύεται η λειτουργία του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή (ΤΕ) (operational amplifier – OpAmp). Αναλύεται η υλοποίηση κυκλωμάτων διαφορικών ενισχυτών με ιδανικούς ΤΕ, με σκοπό να παρουσιαστεί η βασική μονάδα προενίσχυσης βιοϊατρικών σημάτων, που είναι ο λεγόμενος «ενισχυτής οργανολογίας» (instrumentation amplifier). Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην εξήγηση της επίδρασης των ανεπιθύμητων δυναμικών επαφής των ηλεκτροδίων και τη συνακόλουθη ανάγκη υλοποίησης κυκλωμάτων με υψηλό λόγο απόρριψης κοινού σήματος (common mode rejection ratio – CMRR).

This chapter presents the fundamental operating principles of amplifiers used to amplify biosignals, which may be either inherently electrical or previously converted into electrical signals. The discussion focuses on the preamplification stages, specifically those used immediately after signal acquisition via electrodes or transducers. The basic equations governing the operation of the differential amplifier are provided, along with an analysis of the ideal operational amplifier (OpAmp). The implementation of differential amplifier circuits using ideal OpAmps is examined, aiming to present the basic preamplification unit for biomedical signals, known as the instrumentation amplifier. Special emphasis is placed on explaining the impact of unwanted electrode contact potentials and the consequent necessity of designing circuits with a high common mode rejection ratio (CMRR).