Разработка структурной схемы электростимуляции мышц

Прибор предназначен для проведения лечебных воздействий прямоугольными, а также синусоидальными модулированными токами. Прибор позволяет изменять частоту, длительность и амплитуду стимулирующих импульсов. В приборе предусмотрена возможность регулирования задержки между стимулирующими импульсами при подаче на разные электроды. Прибор обладает четырьмя накалами для стимулирования.

Аппарат состоит из следующих функциональных блоков: генератора прямоугольных импульсов(ГПИ), генератора синусоидальных колебаний(ГСК), генератора высокочастотных колебаний (ГВЧ), модулятора(М), детектора(Д), ждущего мультивибратора (ЖМ), усилителя(У), схемы управления электродами (СУ). Функциональная схема устройства приведена на рисунке 3.

Рисунок 3

Генератор прямоугольных импульсов. Генератор импульсов, реализованный на микросхеме DD1, на выходе выдает импульсы периодом от 1 секунды до 70 секунд. Схема электрическая принципиальная указана в приложении ГЮИК 541514.001 Э3.Период импульсов устанавливается резистором R2. Импульсы первого генератора запускают второй генератор, реализованный на элементах DD2.1, DD2.2. Период этих импульсов устанавливается резистором R4. Таким образом, длительность импульсов первого генератора заполняется импульсами второго генератора. Пауза между пачками импульсов равна половине периода первого генератора. Индикацию прохождения пачек импульсов осуществляет светодиод HL1, который крепится на крышке корпуса. Светодиод может быть любого типа с соответствующей заменой гасящего резистора R6.

Генератор синусоидальных колебаний. Генератор собран на основе интегральной микросхемы операционного усилителя DA3 с использованием резонансной RC-цепочки. В качестве резонансной цепочки используется мост Вина R13R17C4C5, который включен в положительную обратную связь автогенератора. Для устойчивой работы генератора необходимо условие выполнения баланса амплитуд. Баланс амплитуд обеспечивается за счет цепи отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов R14 и R15. В режиме установившейся амплитуды коэффициент усиления напряжения, поданного на неинвертирующий вход. В качестве резистора R14 примем терморезистор, сопротивление которого увеличивается по мере нагрева терморезистора током, протекающим через него, глубина отрицательной ОС увеличивается. Такая инерционная отрицательная ОС позволяет стабилизировать амплитуду выходного напряжения и практически не искажает формы колебаний генератора.

Генератор высокой частоты. Генератор предназначен для получения высокочастотных синусоидальных колебаний. Он собран на операционном усилителе DA2 по описанной выше схеме. Другой диапазон частот задан с помощью конденсаторов С3 и С4. При условии С3=С4=С и R10=R12 =R, Перестройку частоты можно выполнять путем одновременного изменения сопротивления резисторов R12 и R10. Для корректировки и балансировки операционного усилителя используется резистор R11.МодуляторДля получения синусоидально-модулированного напряжения служит модулятор, собранный по схеме двойной коллекторной модуляции с постоянным возбуждением. Модулятор состоит из двух каскадов. На транзисторе VT2 собран усилитель низкой частоты, а на транзисторе VT1 - собственно модулятор.На базу транзистора усилителя низкой частоты через корректирующую цепь C7R23 поступает напряжение с генератора низкой частоты. Коллекторной нагрузкой транзистор VT2 является резистор R26. Этот резистор включен также последовательно в коллекторную цепь транзистора VT1 модулятора, на базу которого подается высокочастотный сигнал. Вследствие присоединения коллекторной цепи транзистора VT1 и резистора R26 генератора низкой частоты питание модулятора осуществляется напряжением, изменяющемся по закону низкой частоты. В колебательном контуре модулятора, состоящего из катушки индуктивности L1 и конденсатора С9, возникают синусоидально-модулированные колебания.За счет цепочки смещения, состоящей из резистора R29 и конденсатора С10, в эммиторе транзистора VT1 в такт с модулирующим сигналом автоматически изменяется напряжение смещения. Это приводит к углублению основной модуляции на коллектор. Для изучения формы кривой модулированного сигнала в режиме перемодуляции служат диоды VD2 и VD3. Режим перемодуляции, а также коэффициент модуляции задается с помощью резисторов R21 и R19.ДетекторПредназначен для выделения полуволны из модулированного синусоидального колебания. Отрицательная полуволна необходима для запуска мультивибратора.Детектор представляет собой однопериодную амплитудную схему, собранную на диодах VD6 и VD5. Для улучшения линейности работы детектора включен резистор R34, сопротивление которого значительно больше прямого сопротивления диода VD5. Диод VD6 и резистор R33 включены для того, чтобы в оба полупериода нагрузка резистора R32 была одинаковой, при этом R33=R34. Это предохраняет от появления дополнительной составляющей на разделительном конденсаторе СИ.Ждущий мультивибраторПредназначен для формирования импульса задержки. Собранна операционном усилителе DA4. В исходном состоянии, когда ubx=О, напряжение на выходе ждущего мультивибратора равно максимальному положительному напряжению и схема ждущего мультивибратора находится в устойчивом состоянии. При поступлении на вход схемы импульса отрицательной полярности (форма которого близка к прямоугольной), схема скачком переходит в квазиустойчивое состояние при котором напряжение на выходе имеет отрицательную полярность. Конденсатор С4 заряжается по экспоненте до напряжения питания. По истечению времени заряда, схема переключается в устойчивое состояние при котором на выходе схемы появляется уровень положительного напряжения.Изменяя время заряда можно регулировать длительность выходного импульса. Длительность импульса регулируется резистором R50. Дифференцирующая цепь C13R35 и диод VD7 предназначены для формирования крупного фронта запускающего импульса и исключения влияния источника входного сигнала на работу ждущего мультивибратора.УсилительПредназначен для усиления стимулирующего импульса до величины порога раздражения мышцы. Усилитель собран по двухкаскадной схеме. Первый каскад выполнен на операционном усилителе DA5, второй на транзисторах VT3 - VT6. Для получения максимально возможного размаха усиливаемого сигнала применено так называемое "плавающее" питание операционного усилителя, что обеспечивается за счет подачи в цепь питания части выходного сигнала через резистор R44. В основу выходного каскада положена схема "параллельного" усиления, которая позволяет работать на частотах до 100кГц с минимальными искажениями формы выходного сигнала и при этом позволяет иметь на выходе высокий уровень усиленного напряжения. Широкая полоса усиления позволяет без искажений усиливать прямоугольные и синусоидально-модулированные импульсы. Цепочка С8 R49 предназначена для высокочастотной коррекции усилителя. Уровень стимулирующего сигнала регулируется резистором R51.