UYGULAMA # 4:ENSTRUMANTASYON KUVVETLENDĐRĐCĐSĐ VE SAĞ BACAK SÜRÜCÜSÜ (Son güncelleme: 04.04.2012) AMAÇ: Biyolojik Đşaretlerin Kuvvetlendirilmesinde kullanılan Enstrumantasyon Kuvvetlendiricisinin EKG ölçümü için filtre devreleriyle birlikte tasarımı ve Sağ Bacak Sürücüsü devresinin etkisinin incelenmesi. 1. BĐLGĐLENDĐRME: Enstrumantasyon Kuvvetlendiricisi biyolojik işaretlerin işlenmesinde kullanılan temel bir yapıdır. Biyolojik işaretlerin kuvvetlendirilmesi için uygun olan özelliklerinden bazıları aşağıda belirtilmiştir: Giriş empedansının yüksektir. Çıkış empedansı düşüktür. Kararlı yüksek kazanç sağlar. Ortak Đşareti Bastırma Oranı (CMRR) yüksektir Fark işaretleri kuvvetlendirebilir. (!) Enstrumantasyon Kuvvetlendiricileri ile ilgili olarak, daha önce yapılan Biyolojik Đşaretler ve Dönüştürücüler başlıklı sunumun ilgili bölümlerini (Biyopotansiyel Kuvvetlendiriciler) gözden geçiriniz. Uygulamada, Enstrumantasyon kuvvetlendiricisi yapısı sağ bacak sürücü devresiyle birlikte kurulacak ve deneklerin Elektrokardiyogram ları (EKG) görüntülenecektir. Şekil 1.1 de tipik bir EKG işareti görülmektedir. Şekil üzerindeki harfler, normal bir EKG de görülmesi beklenen bölgelerdir. Şekil 1.1. EKG işaretine ait tipik dalga şekli
Şekil 1.2 de, uygulamada kullanılacak enstrumantasyon kuvvetlendiricisi entegresinin (INA118) iç yapısı gösterilmektedir. Devre, kolaylıkla fark edilebileceği gibi, iki girişe karşılık gelen birer gerilim izleyici ve ardından gelen bir fark kuvvetlendirici yapısındadır. Şekil 1.2. Uygulamada kullanılacak entegrenin iç yapısı (INA118 www.analog.com) Şekil 1.3 de, örnek bir Sağ Bacak Sürücü devresi, enstrumantasyon kuvvetlendiricisi ile birlikte gösterilmiştir. Şekil 1.3. Sağ Bacak Sürücülü EKG devresi (INA118 www.analog.com) Şekil 1.4 de, uygulamada kullanılacak dörtlü (quad) işlemsel kuvvetlendirici entegrelerinden 14 bacaklı OP497 ye ait bağlantı şeması verilmektedir (14 bacaklı tüm OP49X serisi için bu şema geçerlidir).
Şekil 1.4. OP497 Dörtlü Đşlemsel Kuvvetlendirici bağlantı şeması (www.analog.com) Şekil 1.5 de, uygulamada kullanılacak gerilim çevirici entegresine (ICL7660) ait bağlantı şeması verilmektedir. Şekil 1.5. ICL7660 entegresinin bağlantı şeması (www.intersil.com) 9V luk pilden 3.3V luk besleme gerilimi elde etmek için 5 bacaklı LM2576 entegre devresi kullanılacaktır. Bu entegreye ilişkin bağlantı şeması Şekil 1.6 daki gibidir. Şekil 1.6. LM2576 entegresinin bağlantı şeması (www.national.com)
2. UYARILAR Her gruptan yalnızca bir kişinin (denek) EKG si alınacaktır. Deney esnasında zaman kaybı olmaması açısından, deneye gelmeden önce, her grup EKG si alınacak kişi üzerinde anlaşmalıdır. EKG si alınacak öğrencinin sağ ve sol göğüs bölgesi ile sağ karın boşluğu üzerine 3 adet jelli elektrod yapıştırılacaktır (Bu elektrodlar hasta üzerindeyken ve sonrasında geçici süre ile kızarıklık ve kaşıntıya neden olabilir). Uygulama esnasında, vücut üzerinden elektrotlar yardımıyla EKG ölçümü yapılacağından, ölçüm sisteminin doğru kurulması son derece önemlidir. Lütfen deney süresince aşağıdaki hususlara özen gösteriniz: - Devreyi kurarken, bağlantıların doğru yapıldığı sürekli kontrol edilmelidir. Bağlantıların doğruluğundan emin olunmadan devreye besleme gerilimi verilmemelidir. - Uygulama masası üzerinde gereksiz hiçbir eşya/malzeme bulundurulmamalıdır. - Denek üzerindeki elektrotların uçları devreye takıldığı andan itibaren, deneğe hiçbir suretle temas edilmeyecektir. Bu durumda, denek toprakla kesinlikle temas etmemelidir. - Öğrencilerin yerden toprakla temasını kesmek için zeminde 15000 Volt luk gerilime dayanlıklı 3 mm kalınlığında kauçuk malzemeden yapılmış bir izolasyon halısı serili olacaktır. Öğrenciler devreyle temas halindeyken bu halının dışına kesinlikle çıkmayacaklardır. - Beklenmeyen bir durum oluştuğunda, prizlerin anahtarı acilen kapatılmalıdır. Uygulama sırasında bu hususlara uyulmadığı gözlendiği takdirde, ilgili araştırma görevlisi uygulamayı sonlandırabilir.
3. UYGULAMA Şekil 3.1 deki devre şemasını kurunuz. Bunun için aşağıdaki adımları takip ediniz: 3.1 Gerilim Regülatörünün devreye bağlanması Regülatör devresi kurulu olarak size verilmiştir. Regülatörün girişine (1 no. lu pin) 9V (pil gerilimi) verildiğinde, regülatörün 4 numaralı çıkışında 3.3 Volt luk gerilim olmalıdır (Kontrol ediniz). Not: +9V luk pil gerimi, yalnızca regülatör devresinin girişine uygulanacaktır. INA118, OP49X ve ICL7660 entegreleri regülatörün çıkışındaki +3.3 V ile beslenecektir. 3.2 Gerilim Çeviricinin (ADM 660/ICL7660) devreye bağlanması Gerilim çevirici devresi kurulu olarak size verilmiştir. Bağlantılar doğruysa, çeviricinin 5 numaralı pin çıkışında -3.3 Voltluk gerilim görülmelidir. 3.3 Enstrumantasyon Kuvvetlendiricisi (INA118) ve 4 lü Đşlemsel Kuvvetlendirici (OP49X) entegrelerinin devreye bağlanması Şekil 3.1 e göre entegreleri yerleştirdikten sonra bağlantıları dikkatlice, acele etmeden kontrol ediniz. Özellikle +3.3V, 0V (Toprak) ve -3.3V gerilimleri arasında kısa devre olmamasına dikkat ediniz. 3.4 Deneğin elektrod kabloları aracılığıyla devreye bağlanması Tüm kontrollerden sonra deneğe elektrod kablolarını bağlayıp, uçlarını doğru bir şekilde devreye takınız. Bağlantıdan sonra denekle temas etmeyiniz. Şekil 3.1. Kurulacak Devre Şeması
3.5 EKG ölçümlerinin yapılması Aşağıdaki her adım için -bir önceki uygulamadaki kodlarınızı kullanarak gördüğünüz işareti bir dosyaya kaydediniz (Her dosya için yaklaşık 10 saniyelik EKG kaydı almanız yeterlidir). Bu dosyaları, bir sonraki uygulamanızda kullanacağınız için, kayıtların düzgün bir şekilde alınması önemlidir. 3.5.1 Osiloskop çıkışında genliği 0 3 V arasında değişen EKG işareti görmeye çalışınız. Bunun için, Rb kutuplama direnci ve Rg kazanç dirençlerini ayarlayınız. 3.5.2. Sağ bacak sürücüsünü geçici olarak devreden çıkarınız. Bir değişiklik varsa, gözlemleyip not ediniz. Bu işlemin ardından sürücü bağlantısını yeniden yapınız. 3.5.3. Devre üzerinde sağ kol ve sol kol bağlantılarının yerlerini değiştiriniz. Bu durum için Rb ve Rg dirençlerini kullanarak osiloskop çıkışında 0 3 V arası değişim elde etmeye çalışınız. Yeni durumdaki EKG işaretini öncekiyle karşılaştırıp, gözlemlerinizi not ediniz. 3.5.4. 100 nf lık seramik kondansatörü devreden kısa bir süre çıkarıp, gördüğünüz değişikliği not ediniz. 3.5.5. 100 nf yerine 10 nf kullanıp, işaretteki farklılığı yorumlayınız. 4. RAPORDA ĐSTENENLER 4.1. EKG ölçümlerinin yapılmasına ilişkin (3.5) her adımdaki gözlemlerinizi ve yorumlarınızı belirtiniz. 4.2. EKG ile tespit edilebilen farklı tipteki aritmilerden (ritim bozuklukları) belirleyeceğiniz 3 tanesi hakkında, toplam bir sayfayı geçmeyecek şekilde bilgi veriniz. (Faydalandığınız kaynakları raporunuzda belirtmeyi unutmayınız!) DĐRENÇLER ĐÇĐN RENK DEĞERLERĐ Siyah Kahve Kırmızı Turuncu Sarı Yeşil Mavi Mor Gri Beyaz 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 KAYNAKLAR 1) www.analog.com 2) www.intersil.com 3) www.micrel.com 4) www.ti.com 5) www.national.com