Amplificarea si procesarea primara a biosemnalelor

Amplificarea si procesarea primara a biosemnalelor

Semnalele bioelectrice captate cu ajutorul electrozilor sau prin conversia altor tipuri de biosemnale in semnale bioelectrice folosind traductoare adecvate au amplitudini mici si din acest motiv trebuiesc folosite amplificatoare. Bineinteles ca vor fi folosite amplificatoare de semnal mic si de cele mai multe ori sunt folosite amplificatoarele diferentiale

Amplificatorul diferential are doua intrari de semnal, una inversoare si una neinversoare, potentialele aplicate la intrari si potentialul de iesire fiind raportate la nulul electronic al amplificatorului (masa electronica).

Diferenta de potential V₁ - V₂ = U_d se numeste tensiune diferentiale la intrare. Tensiunea de iesire, U_e, rezulta direct proportionala cu tensiunea diferentiala aplicata la intrari. Factorul de proportionalitate exprima amplificarea de semnal al amplificarea de semnal diferential al amplificatorului . Amplificatoarele diferentiale reale prezinta o anumita responsivitate si fata de suma potentialelor aplicate la intrari. Daca notam , denumit semnal de mod comun, vom gasi la iesire un raspuns nenul chiar pentru V₁=V₂. Amplificarea de mod comun este insa mult mai mica decat A_d.

Amplificatoarele diferentiale folosite in aplicatii medicale au o constructie speciala fiind realizate cu ajutorul a 2 sau 3 amplificatoare operationale, cele mai utilizate configuratii fiind cele cu 3 amplificatoare operationale si poarta denumirea de amplificator de instrumentatie.

Amplificatorul de instrumentatie este un amplificator in bucla inchisa care are intrarea diferentiala iar iesirea circuitului este data fata de o referinta care nu este neaparat masa montajului. De cele mai multe ori impedanta de intrare pe cele doua terminale este egala, tipic avand valori in jurul a 10⁹W sau mai mare. La fel ca la amplificatoarele operationale impedanta de iesire este foarte mica de ordinul miliohmilor. Spre deosebire insa de AO unde castigul in bucla inchisa era determinat prin rezistori externi conectati intre intrarea inversoare si iesire, in cazul amplificatoarelor de instrumentatie reteaua de rezistori cu ajutorul careia se realizeaza reactia interna este izolata de terminalele pentru intrarea semnalului.

Cel mai important parametru al amplificatorului de instrumentatie este rejectia modului comun(common-mode rejection - CMR).

Prin definitie, tensiunile de mod comun reprezinta semisuma tensiunilor masurate in raport cu masa, in doua puncte omoloage ale circuitului. Similar tensiunile de mod diferential reprezinta semidiferenta tensiunilor fata de masa, in doua puncte omoloage ale circuitului. De obicei semnalele de mod diferential sunt semnale utile, iar semnalele de mod comun sunt semnale perturbatoare. Din acest motiv amplificatorul trebuie sa maximizeze valoarea amplificarii de mod diferential si sa minimizeze valoarea amplificarii de mod comun. Aceasta cu atat mai mult cu cat semnalele de mod comun sunt de obicei cu cateva ordine de marime mai mari decat semnalele de mod diferential.

Capacitatea amplificatorului de a separa tensiunea de iesire diferentiala datorata tensiunii de intrare diferentiale de tensiunea de iesire diferentiala datorata tensiunii de intrare de mod comun se caracterizeaza cu ajutorul factorului de rejectie a modului comun (CMRR).

In practica amplificatoarele de instrumentatie trebuie sa amplifice semnale de ordinul milivoltilor (sau chiar de ordinul microvoltilor in cazul EEG) dar in acelasi timp sa rejecteze semnale de mod comun de ordinul voltilor. Aceasta impune o rejectie de mod comun mare, valorile tipice fiind de la 80dB pana la valori ce depasesc 120dB.