Psychomaszyna − b

biofeedback

2369

Do czego to służy?

Prosty u

układ d

do e

eksperymentów

psychofizycznych ii nie ttylko...

− akustyczny m

miernik rrezystancji

− detektor k

kłamstwa

− biofeedback

− relax m

machine

Rosnąca w ostatnim czasie popularność

najróżniejszych urządzeń służących do róż−

nego rodzaju eksperymentów psychofi−

zycznych i związane z tym “zamówienia”

składane przy okazji dorocznych ankiet

przez sporą liczbę Czytelników EdW skło−

niły autorów do“popełnienia” niniejszego

układu. W przeciwieństwie do innych urzą−

dzeń o tego typu funkcjach, tym razem nie

ma mowy o kontrowersjach dotyczących

jego działania. Działanie to nie jest związane

Oprócz tych bezdyskusyjnych zastoso−

czyli bardziej przyjemny, mniej denerwujący.

z jakimiś tajemniczymi siłami czy właściwo−

wań przyrządu, można wymienić inne, bar−

To ma spowodować jeszcze głębsze odprę−

ściami. Zasada jest prosta i jasna. Opiera

dzo interesujące i... kontrowersyjne. We−

żenie, dalsze zwiększenie rezystancji skóry

się na zmianach oporności (rezystancji)

dług autorytetów w dziedzinie zjawisk z po−

i obniżenie częstotliwości. W rezultacie ma

ludzkiej skóry pod wpływem różnych czyn−

granicza nauki, magii i szarlatanerii (do

się wytworzyć pętla dodatniego sprzężenia

ników.

których na pewno nie można zaliczyć auto−

zwrotnego, powodującego coraz większe

Sercem urządzenia jest generator prze−

rów tego artykułu), przyrząd może z powo−

obniżanie się częstotliwości generatora. Co

strajany napięciem (ang. VCO) współpracu−

dzeniem służyć jako pomoc w osiągnięciu

bardzo interesujące, jednym z elementów

jący z niewielkim głośniczkiem. Częstotli−

stanu odprężenia, a nawet całkowitego re−

takiej pętli jest twór biologiczny − organizm wość generowanych dźwięków zależy od

laksu, łącznie z wytworzeniem w mózgu

ludzki. Stąd zresztą angielska nazwa biofeed−

rezystancji naskórka − czym większa rezy−

tak zwanych fal alfa. Według zapewnień,

back − biologiczne sprzężenie zwrotne.

stancja, tym mniejsza częstotliwość (niższy

jest więc swego rodzaju psychomaszyną.

Jak wspomniano, autorzy artykułu nie są

ton z głośnika).

Według tychże autorytetów korzystanie

ekspertami w dziedzinie tego typu ekspery−

Jak wiadomo, stan emocjonalny czło−

z przyrządu ma przebiegać następująco.

mentów i nie wypowiadają się na temat

wieka wpływa na fizyczne właściwości

Elektrody pomiarowe są mocowane na wy−

praktycznych możliwości osiągania na tej

organizmu. Chyba każdy doświadczył, że

branym fragmencie skóry eksperymentato−

drodze stanu relaksu. Autorzy zbudowali tyl−

podczas stresu ręce stają się wilgotne,

ra (miejsce podłączenia i odległość elek−

ko urządzenie elektroniczne i dokładnie

a niekiedy człowiek wręcz cały oblewa się

trod należy wybrać eksperymentalnie). Na

sprawdzili, że działa ono według postawio−

potem. To są ewidentne i łatwo mierzalne

początku ton z głośnika jest wysoki, piskliwy.

nych założeń technicznych. O jego skutecz−

objawy powodujące radykalne zmiany rezy−

Zadaniem eksperymentatora jest tak pokie−

ności w zakresie wspomagania procesu od−

stancji skóry. Warto jednak sprawdzić do−

rować reakcjami organizmu, by zapoczątko−

prężania Czytelnicy przekonają się sami.

kładniej, na ile rezystancja naskórka zmienia

wać proces sprzężenia zwrotnego. Jeśli eks−

się, gdy człowiek coraz bardziej się odprę−

perymentator będzie coraz bardziej odprężo−

Jak to działa?

ża.

ny, rezystancja skóry będzie rosła, dzięki cze−

Schemat blokowy urządzenia pokazany

Opisane urządzenie ma rewelacyjną

mu dźwięk będzie się stawał coraz niższy,

jest na rysunku 1. Generator przestrajany

czułość, dlatego z powodzeniem może

również służyć jako detektor kłamstwa − po−

wszechnie wiadomo, że pomiar oporności

skóry jest stosowany w profesjonalnych

wykrywaczach kłamstwa. Przez zadanie

szeregu pytań testowych i zbadanie reakcji

organizmu można sprawdzić, czy osoba te−

stowana mówi prawdę.

Przyrząd będzie też pełnił rolę akustycz−

nego omomierza − częstotliwość dźwięku

zależy od badanej rezystancji.

Rys. 1

1. S

Schemat b

blokowy

56

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99

napięciem (VCO) wytwarza przebieg pro−

lu. Zależnie od upodobania, można go sto−

stokątny, podawany przez prościutki

sować lub nie.

wzmacniacz na głośnik.

Przebieg z wyjścia generatora jest poda−

Napięcie sterujące dla generatora wy−

wany na prościutki bufor zawierający tran−

twarza blok zawierający układ logarytmują−

zystory T3, T4 i dalej przez rezystor R10 na

cy oraz dwustopniowy wzmacniacz o du−

głośnik. Próby wykazały, że przy zastoso−

żym wzmocnieniu. Podwójny różnicowy

waniu głośnika 8Ω, rezystancję R10 można

układ logarytmujący dodano ze względu na

śmiało zwiększać do 100Ω, a nawet więcej.

ogromny rozrzut spodziewanych rezystan−

Pobór prądu maleje, a głośność sygnału

cji skóry. Rezystancja ta może zmieniać się

i tak jest wystarczająca.

od setek omów do kilkudziesięciu megao−

Rezystancja skóry dołączona jest mię−

mów. Jedynie układ logarytmujący umożli−

dzy punkty oznaczone A i B. Kondensator

wia pracę przy takiej rozpiętości rezystancji

C1 filtruje ewentualne impulsowe “śmie−

Rys. 3

3.

(i prądu) na jednym zakresie pomiarowym.

ci”, jakie mogłyby pojawić się na wejściu.

Potencjometr współpracujący z tym stop−

Niewielka rezystancja R11 ogranicza prąd

staje stała. Ściślej biorąc, należałoby je−

niem umożliwia dopasowanie się do do−

w przypadku zwarcia elektrod pomiaro−

szcze przeanalizować zależność zmian prą−

wolnej oporności skóry, bez konieczności

wych (czyli zwarcia punktów A i B). Przez

du źródła prądowego w funkcji temperatu−

przełączania się na inny zakres.

rezystancję R11 i przez diodę D1 płynie

ry i napięcia zasilającego. Właściwości te

Tak przetworzony sygnał jest następnie

prąd wyznaczony przez oporność skóry. Na−

nie są idealne, ale jak na tak prosty układ −

wzmacniany w czułym dwustopniowym

wet przy dużych zmianach oporności skóry,

wystarczajaco dobre. Dla poprawienia wła−

wzmacniaczu. Duże wzmocnienie jest tu

napięcie na diodzie D1 zmienia się niewie−

ściwości układu tranzystory T1, T2 na płyt−

konieczne ze względu na spodziewane nie−

le. Jednak − co bardzo ważne − zmienia się.

ce drukowane są umieszczone blisko sie−

zbyt duże zmiany oporności skóry w trakcie

Te niewielkie zmiany są wzmacniane przez

bie, by miały jednakową temperaturę.

eksperymentu.

dwa wzmacniacze operacyjne U1A oraz

Potencjometr PR1 zmienia w bardzo

Pełny schemat ideowy pokazany jest na

U1B i powodują zmianę częstotliwości

szerokim zakresie prąd źródła prądowego,

rysunku 2

2. W roli generatora VCO pracuje

VCO

pozwalając “dopasować się” do dowolnej

popularna kostka CMOS 4046. Jej często−

Wykorzystano tu logarytmiczną zależ−

rezystancji skóry. To dopasowanie polega,

tliwość jest wyznaczona przez elementy

ność napięcia na złączu półprzewodniko−

z grubsza biorąc, na wstępnym wyrówna−

R9, C4 oraz napięcie na wyprowadzeniu

wym p−n od prądu.

niu napięć na diodach D1 i D2, a to nastę−

VCO IN (nóżka 9) − czym większe to napię−

Prosty układ z jedną diodą na pewno nie

puje, gdy prąd płynący przez skórę jest rów−

cie, tym większa częstotliwość.

spełniłby swego zadania, ponieważ ogrom−

ny prądowi źródła prądowego. Takie dopa−

W praktyce elementy R9, C4 wyznacza−

ny wpływ miałaby temperatura i wahania

sowanie jest konieczne − w przeciwnym

ją najwyższą częstotliwość pracy, która po−

napięcia zasilającego. Aby wyeliminować,

wypadku częstotliwość “ucieka” osiągając

winna wynosić 4...7kHz. W układzie prze−

lub choćby znacząco zredukować takie za−

maksymalną albo minimalną wartość.

widziano także obecność dodatkowego re−

leżności, dodano obwód z diodą D2 oraz

Dioda LED D3 ma dwie funkcje: sygnali−

zystora R12. Bez niego minimalna częstotli−

sterowane źródło prądowe z elementami

zuje świeceniem włączenie zasilania przy−

wość wynosi 0 − przy napięciu na wejściu

T1, T2, PR1. Rysunek 3

3 pokazuje generalną

rządu oraz obniża napięcia wspólne z most−

VCO IN (n. 9) układ przestaje generować.

ideę. Dwie diody, rezystancja skóry i stero−

ka logarytmującego, by zapewnić popraw−

Dodanie rezystora R12 powoduje, że mini−

wane źródło prądowe tworzą mostek po−

ną pracę wzmacniaczy operacyjnych z kost−

malna częstotliwość pracy VCO jest więk−

miarowy prądu stałego, a do wzmacniacza

ki U1. W modelu zastosowano kostkę

sza od zera, czyli nawet przy zwarciu nóżki

U1A doprowadzone jest napięcie z przekąt−

TL062, ale bez problemu można wykorzy−

9 do masy układ wytwarza przebieg o ja−

nej tego mostka. Przy zmianach temperatu−

stać TL082 lub TL072.

kiejś niewielkiej częstotliwości. Rezystor

ry otoczenia obie diody zmieniają swe na−

Napięcie z przekątnej mostka jest

R12 dodano po wstępnych próbach mode−

pięcie przewodzenia w przybliżeniu jedna−

wzmacniane w dwustopniowym wzmac−

kowo, przez co różnica napięć na nich pozo−

niaczu. Dokładna analiza zachowania

Rys. 2

2. S

Schemat iideowy

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99

57

wzmacniaczy operacyjnych może być dla

nie trzeba dołączyć mili− lub mikroampe−

zystor R2 pozwala dobrać “średni prąd”

początkujących nieco trudna, w każdym ra−

romierz równolegle do diody D1 i pokrę−

źródła prądowego.

zie gdy rośnie rezystancja skóry, napięcie

cając suwakiem PR1 sprawdzić, czy prąd

wyjściowe na nóżce 7 układu U1B spada,

zmienia się w szerokich granicach (kilka

Piotr G

Górecki

co zmniejsza częstotliwość.

dekad). Jeśli nie, przyczyna leży w obwo−

Zbigniew O

Orłowski

Wzmacniacze mają duże wzmocnienie,

dach źródła prądowego. Jeśli prąd się

wyznaczone stosunkiem R6/R5 oraz R8/R7.

zmienia, przyczyna najprawdopodobniej

Kondensatory C2 i C3 filtrują ewentualne za−

leży w stopniu wzmacniającym.

Wykaz elementów

kłócenia, w tym przydźwięk sieci 50Hz.

Pomiary modelu wykazały, że przy na−

Rezystory

R1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22kΩ

Właściwości całego układu są zależne

pięciu zasilania 9V z rezystorem R10

R2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2kΩ

w dużym stopniu od stabilności cieplnej

o wartości 39Ω pobór prądu wynosił

R3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω

i napięciowej układu logarytmującego oraz

40mA. Ze względu na niezbyt duży pobór

R4, R11: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3kΩ

od wypadkowego wzmocnienia obu stopni

prądu, urządzenie może być zasilane

R5, R7, R9: . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27kΩ

wzmacniacza (przy podanych wartościach

z baterii o napięciu minimum 7V. Jednak

R6, R8: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1MΩ

wzmocnienie to przekracza 1000x). Od

napięcie baterii o niewielkiej pojemności

R10: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33...47Ω

wzmocnienia zależy czułość układu, czyli

może znacząco zmieniać się w czasie

R12: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10MΩ

PR1: . . . . . . . . . . . . . .potencjometr 10kA

wielkość zmian częstotliwości od zmian re−

jednej “sesji”, powodując zmiany często−

Kondensatory

zystancji skóry.

tliwości, nie wynikające ze zmian rezy−

C1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220nF

W modelu zastosowano podane w spi−

stancji skóry. Dlatego należy raczej stoso−

C2, C3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470nF

sie wartości R5...R8, jednak użytkownik

wać do zasilania albo akumulator o po−

C4: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF

przyrządu może dowolnie zmieniać czu−

jemności minimum 1Ah, albo stabilizo−

C5, C6: . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V

łość, zmieniając wartość jednakowych re−

wany zasilacz sieciowy spełniający wy−

Półprzewodniki

zystorów

R5

i

R7

w

zakresie

magania określone przepisami państwo−

D1, D2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001

U2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4046

2,2kΩ...100kΩ.

wymi (dotyczącymi wymagań na sprzęt

D3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED zielona elektroniczny, mający bezpośredni kon−

T1−T3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548B

Montaż i uruchomienie

takt z organizmem ludzkim).

T4: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC558B

Układ z rysunku 2 można zmontować

U1: . . . . . . . . . . . .TL062 (TL072, TL082)

na niewielkiej płytce pokazanej na rysunku

Możliwości zmian

4. Montaż jest klasyczny. Należy zacząć od

Urządzenie zbudowane według zamie−

Komplet p

podzespołów zz p

płytką

elementów biernych, potem wlutować

szczonego opisu powinno dobrze pełnić

jest d

dostępny w

w s

sieci h

handlowej

diody, tranzystory, wykonać połączenia

swą funkcję. Użytkownik może jednak do−

AVT jjako k

kit A

AVT−2

2369

przewodowe, a na koniec wlutować lub

stosować jego dzia−

włożyć w podstawki układy scalone.

łanie do indywidual−

nych

upodobań

i potrzeb.

Przede wszyst−

kim może zmieniać

zakres częstotliwo−

ści

generatora.

Częstotliwość ma−

ksymalną ustala się

za pomocą ele−

mentów R9, C4.

Potem można też

skorygować czę−

Rys. 4

4. S

Schemat m

montażowy

stotliwość minimal−

ną dobierając R12.

Układ zmontowany bezbłędnie ze spraw−

Pobór

prądu

nych elementów będzie pracował od razu.

i głośność sygnału

Elektrody dołączone do punktów A,

można regulować

B należy wziąć do ręki i pokręcać PR1, by

zmieniając

R10

uzyskać w głośniku częstotliwość mniej

w

zakresie

więcej w “połowie zakresu”. To wszyst−

10...200Ω.

ko! Potem zmiany rezystancji skóry będą

Czułość można

powodować zmiany częstotliwości.

regulować, zmie−

W razie kłopotów należy przede wszy−

niając jednocześnie

stkim sprawdzić, czy pracuje układ 4046.

R5 i R7 w podanym

Przy zmianach napięcia na nóżce 9 U2

wcześniej zakresie.

w pełnym zakresie napięcia zasilania,

Zakres

zmian

częstotliwość powinna zmieniać się

prądu źródła prą−

w bardzo szerokim zakresie. Gdy układ

dowego jest zale−

U2 pracuje poprawnie, a napięcie na jego

żny od wartości

nóżce 9 jest bliskie masy lub plusa zasila−

R1 − czym większa

nia we wszystkich położeniach suwaka

wartość R1, tym

PR1, należy do punktów A, B dołączyć re−

mniejszy

zakres

zystor 22...100kΩ udający skórę. Następ−

zmian. Z kolei re−

58

ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99