Электрические схемы, принципиальные схемы электронных устройств - Схемки.ру

Принципиальные схемы электронных устройств

Главная · Электрические схемы · Поиск22 Ноябрь 2017

Прибор для физиотерапии - схемы, описания...


Прибор АМПЛИПУЛЬС для физиотерапии.

Прибор "Амплипульс" рекомендуется для применения в физиотерапевтической практике при проведении процедур электрофореза и терапии модулированными токами НЧ.

Предлагаемый вариант — упрощенная конструкция, изготовленная по характеристикам выпускаемых медицинской промышленностью приборов "Амплипульс-Д" и "Амплипульс-5".

При разработке прибора учтены следующие требования:

- первичная обмотка трансформатора питания и цепи сетевого напряжения изолированы от корпуса и вторичных цепей;

- выход "Пациент" полностью изолирован от вторичных цепей, источника питания и корпуса прибора;

- при неисправности прибора, сопровождающейся повышением выходного тока в цепи "Пациент", срабатывает блок защиты, отключающий эту цепь.



В приборе отсутствует режим электрофореза, однако его можно ввести, добавив в схему блок детектора, позволяющий получить однополярный сигнал на выходе.

Структурная схема прибора приведена на рис.1. "Амплипульс" состоит из следующих блоков:

- генератора несущей частоты (G1);

- генератора модулирующей частоты (G2);

- регулятора глубины модуляции (dB);

- блока коммутации (SWT);

- амплитудного модулятора (А1);

- предварительного усилителя (А2) и усилителя мощности (A3);

- генератора импульсов (G3);

- блока защиты (на структурной схеме не показан).



Блок коммутации SWT осуществляет коммутацию частотозадающих цепей генератора G2, выходных сигналов генераторов G1, G2, а также выбор режима работы. Зависимость формы выходного сигнала от выбранного режима показана на рис.2. С выхода блока коммутации сигналы подаются на модулятор, затем на предварительный и оконечный усилители.



В блоке усилителя мощности предусмотрен выход для подключения модуля защиты. Генератор импульсов G3 обеспечивает коммутацию ключей блока SWT.

Схема генераторов G1, G2 и регулятора глубины модуляции (dB) представлена на рис.3. Генераторы выполнены по однотипной схеме, поэтому рассмотрим работу генератора G1. Генератор собран на ОУ DA1, DA3, DA5. На DA1 собран задающий каскад с мостом Вина, DA5 — буферный усилитель, DA3 — стабилизатор амплитуды выходного сигнала. Транзистор VT1 — регулирующий элемент. Напряжение для управления транзистором вырабатывает интегратор DA3. Его постоянная времени определяется элементами R23, R28, С7, С8. Для повышения устойчивости интегратора применена цепь С8, R28. Резистор R19 и диоды VD1, VD2 образуют выпрямитель напряжения сигнала. При равенстве средневыпрямленного значения тока, протекающего через резистор R19, и тока через резистор R23 от источника питания, напряжение интегратора будет постоянным. Если амплитуда выходного сигнала непостоянна, напряжение на выходе интегратора будет изменяться до тех пор, пока амплитуда выходного сигнала задающего каскада не станет прежней. Амплитуда выходного сигнала задающего каскада зависит от образцового напряжения и отношения номиналов резисторов R23, R19. При указанных номиналах она составляет 2,2 В.



Генератор G2 отличается от G1 только тем, что элементы частотозадающего каскада DA2 переключаются блоком коммутации (SWT). Регулировка глубины модуляции осуществляется резистором R34.

Принципиальная схема блока коммутации показана на рис.4. Выбор режима работы осуществляется тумблерами SA1...SA5. При включении любого тумблера уровень логической "1" через соответствующие диоды поступает на входы управления ключей DD3, адресные входы мультиплексора DD7 и на входы схем "Монтажное И" VD20...VD23, R15, R16. Соответствующий сигнал с выходов ключей DD3 подается на входы элементов DD4, включенных по схеме двухвходового мультиплексора. На входы данных DD4 подаются сигналы с выходов счетчиков DD2. В зависимости от комбинации логических уровней на входах управления DD4, на ее выходах присутствуют уровни или с выхода DD2.1, или с выхода DD2.2. Логические уровни на выходах DD4 определяют адрес и номер открытого канала мультиплексоров DD5. DD6, а соответственно, и частоту выходного сигнала генератора G2.



Мультиплексоры DD5, DD6 коммутируют двухполярные сигналы с максимальной амплитудой ±7,5 В. Амплитуда входного сигнала не должна превышать по величине напряжение питания микросхем (+U и -U).

Мультиплексор DD7 формирует управляющие сигналы для ключей DD8.3, DD8.4. В зависимости от комбинации логических уровней на адресных входах, на выходах DD7 присутствуют либо уровень "1", либо импульсы с выхода генератора G3.

Ключи DD8.1, DD8.2. в зависимости от режима работы, коммутируют на входы данных мультиплексора DD7 сигналы с выходов генератора G3. На диодах VD20...VD23 и резисторах R15, R16 собраны схемы "Монтажное И". Выходные сигналы схем "Монтажное И" коммутируют ключи DD8.1, DD8.2.

На входы данных ключей DD8.3, DD8.4 поступают выходные сигналы генераторов G1, G2. К выходам ключей подключаются входы модулятора.

Установка необходимых частот модуляции обеспечивается счетчиком DD2. Так как прибор имеет всего пять режимов работы, используются три разряда счетчиков. На элементах VD16...VD19, R13, R14 собраны схемы "Монтажное И". После подсчета четырех импульсов, при приходе пятого, диоды запираются, и на вход сброса соответствующего счетчика поступает через диоды VD14 или VD15 уровень логической Т, в результате чего счетчики обнуляются. Цепи С1, R11, С2, R12 обнуляют счетчики в момент включения питания. Выбор частот модуляции определяется кодами на выходах счетчика DD2. Изменение состояния счетчика DD2 производят кнопками SB1, SB2, включенными через RS-триггеры, устраняющие дребезг контактов кнопок.

Принципиальные схемы блоков А1...A3 представлены на рис.5. Амплитудный модулятор собран на транзисторе VT1. Резистором R4.1 регулируют усиление каскада и выходной ток прибора. Предварительный усилитель выполнен на ОУ DA1. Необходимый коэффициент усиления устанавливается резисторами R10, R11. Оконечный каскад выполнен по двухтактной трансформаторной схеме. На его входе включен каскад фазоинвертора на транзисторах VT2, VT3. В данной конструкции фазоинвертора оба выхода имеют одинаковую нагрузочную способность и равноценны по входному сопротивлению, так как оба транзистора включены по схеме эмиттерных повторителей. Двухтактный трансформаторный каскад выбран из соображений безопасности пациента, поскольку выход гальванически развязан от схемы и источника питания. Для уменьшения нелинейных искажений в схему каскада введены резисторы R17...R20. С их помощью на базах VT4, VT5 устанавливаются напряжения, примерно равные 0,3 В.



Преимущества данной схемы перед типовой (с входным трансформатором), на мой взгляд, следующие:

- меньшая трудоемкость изготовления;

- возможность регулировки напряжения смещения независимо для каждого транзистора;

- выход на схему защиты (с трансформатора тока Т2).

Принципиальная схема генератора импульсов G3 приведена на рис.6.

На таймере DA1 собран генератор импульсов, DA2 — первый одновибратор. DD2 — второй одновибратор, запускаемый спадом положительного импульса. Ключ DD1.1 обеспечивает включение блокировки таймеров DA1, DA2; DD1.2 запускает одновибратор DA2; DD1.3 формирует противофазный (по отношению к выходу DA1) сигнал; DD1.4 блокирует генератор в режиме работы "5".

В режиме 1 генератор не оказывает влияния на работу прибора. В режиме 2 импульсы с выхода генератора DA1 (рис.6) через открытый ключ DD8.1 (рис.4) поступают на входы 2 мультиплексора DD7 и коммутируют ключи DD8.3, DD8.4. В режиме 3 несущая частота проходит через ключ DD8.3, открытый уровнем "1" через третий канал мультиплексора DD7, а частота модуляции коммутируется импульсами с выхода генератора G3. В режиме 4 парафазные импульсы с выхода генератора G3 через открытые ключи DD3 (рис.4) подаются на адресные входы мультиплексора DD4. В режиме 5 парафазные импульсы с выхода генератора через открытые ключи DD3 коммутируют мультиплексор DD4 блока SWT по адресным входам. Импульсы с выхода одновибратора DA2 (рис.6) через открытый второй канал мультиплексора DD7 (рис.4) и открытый ключ DD8.2 коммутируют ключи DD8.3, DD8.4 блока SWT.

При работе устройства в режимах 1...4 ключ DD1.4 (рис.6) закрыт. На вход управления ключом DD1.1 через резистор R4 подается уровень "О", ключ находится в закрытом состоянии. На входах блокировки таймеров DA1, DA2 присутствует уровень "1", разрешающий их работу. С выхода генератора DA1 импульсы подаются на вход управления ключа DD1.2 и, через диод VD1, на вход управления ключа DD1.3. При коммутации ключа DD1.2 на левой {по схеме) обкладке конденсатора С3 потенциал становится равным нулю, конденсатор заряжается. В этот момент на входе запуска одновибратора DA2 появляется короткий импульс отрицательной полярности, запускающий одновибратор. На выходе ключа DD1.3 формируются импульсы, противофазные по отношению к выходу генератора DA1.



При включенном режиме 5 уровнем логической "1" при включении тумблера SA5 блока SWT (рис.4) открывается ключ DD1.4 (рис.6). В работу включается одновибратор DA2, формирующий паузу в выходном сигнале генератора.

По спаду положительного импульса с выхода ключа DD1.3, запускается одновибратор на элементах DD2.1...DD2.3. В исходном состоянии конденсатор С5 разряжен, на обоих входах элемента DD2.3 и на выходе DD2.2 — уровни "1". При поступлении с выхода дифференцирующей цепи короткого импульса отрицательной полярности, элемент DD2.3 выключается, DD2.2 включается, и на его выходе появляется уровень "0". Спад напряжения с выхода элемента DD2.2 через конденсатор С5 передается на вход DD2.3 и поддерживает его в выключенном состоянии. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R10. Когда напряжение на левой {по схеме) обкладке С5 достигает порога, включается элемент DD2.3. На выходе элемента DD2.2 возникает фронт импульса, который через С5 передается на вход DD2.3 и обеспечивает переключение обоих элементов. Диод VD3 необходим для быстрого восстановления исходного состояния одновибратора. Он не нужен, если используется микросхема с защитными диодами на входе.

Схема блока защиты приведена на рис.7. Компаратор с регулируемым гистерезисом передаточной характеристики построен на таймере DA1. Опорное напряжение Uоп, подаваемое на вывод 5, устанавливает верхний порог срабатывания.



Величина гистерезиса для этой схемы определяется так:



где R1' — сопротивление резистора;

R1 + верхняя часть (до движка) R2;

R2' — сопротивление резистора;

R3 + нижняя часть (от движка) R2.

Когда входной сигнал достигает верхнего порога срабатывания компаратора, т.е. Uоп, на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Если после этого входное напряжение уменьшается относительно Uоп на величину Uг, на выходе вновь устанавливается высокий уровень напряжения.

Величину гистерезиса, а следовательно, нижний порог срабатывания компаратора можно регулировать резистором R2. Выходной сигнал компаратора управляет транзистором VT1. При низком уровне напряжения на его выходе, VT1 открывается, соответственно открывается тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими нормально замкнутыми контактами К1.1 отключает цепь "Пациент". Одновременно контакты К1.2 включают нагрузку R7. При этом через нагрузку R7 течет ток, а цепь пациента полностью отключена.

Схема соединений блоков "Амплипульса" показана на рис.8.



Настройка. Вначале производится настройка генераторов G1 и G2. После проверки правильности монтажа, движки резисторов R2, R3 (рис.3) устанавливают в верхнее (по схеме) положение. После включения питания вращением движков резисторов R2 и R3 на выходах ОУ DA3, DA4 устанавливают напряжение в пределах 1,5...2,2 В. Затем следует убедиться, что на выходе интегратора DA3 — положительное напряжение, а напряжение на выходе DA4 при работе на каждой из частот не становится отрицательным (не переходит ноль). Если напряжение на выходе ОУ DA3 или DA4 отрицательное, то сопротивление введенной части резистора R2 или R3 необходимо уменьшить.

Установку частот производят изменением номиналов резисторов R1, R21 и R7...R16 (попарно — R7-R12; R8-R13 и т.д.) в пределах 3,3...51 кОм.

Изменить амплитуду выходного сигнала можно изменением отношений номиналов резисторов R19, R23 и R26, R32.

Регулировка SWT (рис.4.) заключается в проверке правильности монтажа и контроле прохождения управляющих импульсов и сигналов с выходов генераторов G1, G2 на всем "пути следования".

Настройка блоков А1...A3 (рис.5) заключается в установке напряжения сигнала, необходимого для раскачки усилителя мощности на транзисторах VT4, VT5, и получении на выходе "Пациент" напряжения 30 В при токе 30 мА на нагрузке 1 кОм. Выходные параметры устанавливаются регулировкой уровня выходного сигнала генераторов G1, G2 и регулировкой коэффициента усиления каскада на ОУ DA1 с помощью резисторов R10, R11. Нелинейные искажения сводятся к минимуму установкой резисторами R17...R20 напряжения смещения на базах VT4, VT5 около 0,3 В.

Длительность импульсов и пауз генератора импульсов G3 на DA1 (рис.6) может быть в пределах 1...2 с. Длительность импульсов одновибратора DA2 должна быть равной периоду импульсов генератора DA1. Длительность импульсов одновибратора на элементах DD2 должна составлять 20...40 % от периода импульсов генератора DA1.

Длительность импульсов генератора DA1 без диода VD4 можно рассчитать по формулам

t1 = 0,7 х (R1 +R2) х C1,

t0 = 0,7 х R2 х C1,

где t1 — длительность импульса высокого уровня;

t0 — длительность импульса низкого уровня.

Для получения на выходе сигнала типа "Меандр" в схеме применен диод VD4. Номиналы резисторов R1 и R2 в этом случае должны быть равны.

Длительность импульсов одновибратора DA2 определяется по формуле

tи = 1,1 х R9 х C4.

Длительность импульсов одновибратора на элементах DD2:

t = 0,7 х R10 х C5.

Для настройки блока защиты (рис.7) его вход подключается к выходу трансформатора тока через двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис.5).

Резистор R4.2 (рис.7) предназначен для изменения порога срабатывания защиты и механически связан с резистором R4.1 (рис.5) блока модулятора (сдвоенный переменный резистор).

Напряжение Uоп (рис.7) выбирается таким, чтобы значение напряжения на выводе 5 DA1 при любом положении движка R4 было несколько большим напряжения на выводе 6 DA1. Нижний порог срабатывания устанавливается резистором R2. Он должен быть близким к минимальному напряжению. Тогда возврат устройства в рабочее состояние будет возможен лишь при отключении питания.

Проверка работоспособности устройства защиты может быть проведена увеличением уровня выходного напряжения генератора G1 с помощью резистора R33 (рис.3). При этом блок защиты должен сработать и отключить цепь "Пациент". Затем следует установить прежний уровень выходного сигнала, выключить прибор из сети и снова включить его. Цепь "Пациент" должна замкнуться. Измерения проводятся на эквиваленте нагрузки.

Детали. Операционные усилители DA1, DA2. DA5. DA6 можно заменить на любые другие, не худшие по параметрам. Остальные ОУ — любые широкого применения. Вместо ИМС К561КТ3 можно применить ключи на биполярных или полевых транзисторах.

Моточные данные трансформаторов не привожу в связи с возможными вариантами конструктивного исполнения и материала сердечников. Первичная обмотка трансформатора тока Т2 обычно имеет несколько десятков витков.

Работа с прибором.

1. Перед процедурой необходимо под электроды, выполненные обычно из тонких свинцовых пластин, подложить матерчатую прокладку, смоченную физиологическим раствором (0,9% NaCl). Электроды подключить к выходам "Пациент".

2. Выходной ток установить на минимум.

3. Включить прибор в сеть.

4. Установить необходимую частоту (частоты) модуляции.

5. Установить заданную глубину модуляции.

6. Установить необходимый режим (1...5).

7. Постепенно увеличивать выходной ток до значения, которое может выдержать пациент. При этом пациент должен предупредить о прекращении дальнейшего увеличения тока.

8. Процедуру проводят в одном или двух (по очереди) режимах. Воздействие в каждом режиме должно быть около 5 минут. При переключении во второй режим, необходимо предварительно вывести ток "Пациента" на минимум, переключить прибор во второй режим и затем постепенно увеличивать ток.

7. Постепенно увеличивать выходной ток до значения, которое может выдержать пациент. При этом пациент должен предупредить о прекращении дальнейшего увеличения тока.

8. Процедуру проводят в одном или двух (по очереди) режимах. Воздействие в каждом режиме должно быть около 5 минут. При переключении во второй режим, необходимо предварительно вывести ток "Пациента" на минимум, переключить прибор во второй режим и затем постепенно увеличивать ток.

9. После окончания процедуры плавно вывести ток "Пациента" до минимума и выключить прибор.

Перед применением прибора необходимо проконсультироваться с врачом-физиотерапевтом или пульмонологом.

При написании статьи использован материал «Широкополосный фазоинвертор - схемы, описания, справочные материалы».

Источник: А.Ильин, журнал "Радиолюбитель". Схемы и статьи публикуются с разрешения редакции журнала.

Опубликовал Shemka 17 Декабрь 2009 0 Комментариев · 15099 Прочтений · Для печати

Электрические принципиальные схемы различных устройств, систем, промышленного оборудования и бытовой техники, «Прибор для физиотерапии»... Принципиальные схемы электронных устройств для начинающих электронщиков, для студентов вузов, для радиолюбителей и конструкторов электронной аппаратуры - «Прибор для физиотерапии», подробное описание... Razrabotka.PRO - разработка электроники на заказ, производство электронных устройств, систем, приборов и оборудования, проектирование схем и печатных плат. Купить хлопковый выключатель «CLAPS», включающий свет на хлопки. Разработчики электроники, присылайте для размещения на сайте Shemki.ru свои проекты любых электронных устройств. Электронные схемы - скачать принципиальные схемы металлоискателей, генераторов, блоков питания, телевизоров, зарядных устройств... Описания сборки и настройки электрических схем различных устройств… Бесплатные электросхемы устройств и приборов, блок схемы, подробные описания разработки, монтажа и функционирования электронных схем, «Прибор для физиотерапии»... Схемы управления, включения и сопряжения для различных радиоэлектронных устройств – берите паяльник, скачивайте электрические схемы и собирайте электронные устройства - «Прибор для физиотерапии»...