Generator sygnałów EKG
Opublikowany przez nas
w EP11/2000 opis
wzmacniacza sygnał�w EKG
wzbudził spore
zainteresowanie.
Postanowiliśmy ten temat
kontynuowaĘ, publikując opis
kolejnego prostego układu,
tym razem generatora
sygnał�w EKG.
Ostrzeżenie!
Do serwisu rejestrator�w
Opisany w artykule symulator syg-
oraz prac nad rozwojem sprz�tu
nałów EKG może służyć wyłącznie do
EKG jest potrzebny sztuczny syg-
testowania i napraw sprzętu. Nie mo-
nał elektrokardiograficzny. Umoł-
żna go nigdy połączyć z urządzeniem,
liwia on przeprowadzanie takich Sygnał EKG mołe byĘ albo
do którego jest równocześnie przyłą-
prac bez udziału ływego człowie- wyświetlany w spos�b ciągły na
czony pacjent. Ani autor, ani Elektro-
ka i eliminuje potencjalne dla nie- monitorze (w przypadku inten-
nika Praktyczna nie ponoszą żadnej
go ryzyko. Takiego sygnału do- sywnej obserwacji), albo dla ce-
odpowiedzialności za szkody mogące
starcza opisywany symulator. Jest l�w dokumentacyjnych zapisywa-
wyniknąć z niewłaściwego użycia ge- on sterowany oscylatorem kwar- ny na taśmie papierowej. W tym
neratora sygnałów EKG. cowym, mołe wi�c r�wnieł słu- ostatnim przypadku cz�sto rejes-
łyĘ do kalibracji urządze� pomia- truje si� jednocześnie kilka syg-
ru cz�stotliwości powtarzania im- nał�w zdejmowanych z r�łnych
puls�w. punkt�w ciała pacjenta. Przy ta-
kim elektrokardiografie, zwanym
Z serca powierzchniowym aparatem EKG,
W celu przeprowadzania po- mierzone potencjały mają wartośĘ
miar�w elektrokardiograficznych, rz�du 1mV. Cz�stotliwośĘ pracy
do ciała pacjenta w odpowied- serca mołe mieściĘ si� w grani-
nich miejscach (przedrami�, łyd- cach od 40 (w spoczynku) do 150
ka i klatka piersiowa), przytwier- (w silnym podnieceniu) skurcz�w
dza si� elektrody. Nast�pnie mie- na minut�.
rzy si� potencjały elektryczne Kardiologowie oznaczają po-
wyst�pujące mi�dzy elektrodami szczeg�lne krzywe i piki elektro-
w czasie pracy serca. Łr�dło na- kardiogramu, pokazanego na rys.
pi�cia pobudzającego mi�sie� 1, literami od P do U. Nowoczes-
sercowy emituje impulsy o cha- ne rejestratory i monitory elektro-
Artykuł publikujemy na pod-
rakterze czasowo-przestrzennym. kardiograficzne są zdolne do we-
stawie umowy z wydawcą mie-
Impuls i sygnały pobudzenia mo- ryfikowania i oceny sygnał�w wej-
si�cznika "Elektor Electronics".
gą byĘ mierzone na powierzchni ściowych, odfiltrowywania sygna-
ciała. Kształty powstających ł�w związanych z efektami wt�r-
Editorial items appearing on
przebieg�w elektrycznych i ich nymi i sygnał�w zewn�trznych,
pages 23..25 are the copyright
zmiany w czasie dostarczają le- na przykład sygnał�w kardiosty-
property of (C) Segment B.V., the
karzom istotnych informacji mulatora. Dlatego zwykły genera-
Netherlands, 1998 which reserves
o chorobach serca i układu krą- tor fali prostokątnej nie nadaje si�
all rights.
łenia. do roli symulatora sygnału EKG,
Elektronika Praktyczna 3/2001
23
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 1M&!
R2: 3,9k&!
R3, R4, R12: 100k&!
R5: 18k&!
R6: 680k&!
R7: 330k&!
R8: 3,3k&!
R9: 2,2k&!
R10: 47k&!
Rys. 1. Oscylogram akcji serca z podziałem na poszczególne fazy,
R11: 560k&!
oznaczone literami od P do U.
R13, R14: 10k&!
R15: 150&!
poniewał elektrokardiograf po rem i dzielnikiem. Przy cz�stotli- Kondensatory
prostu ignorowałby jego sygnały. wości oscylatora kwarcowego
C1: 82pF
PrzydatnośĘ opisywanego symula- 4194304Hz, na wyjściu Q18 (wy-
C2: 22pF
tora do testowania została pomyś- prowadzenie 10) otrzymuje si�
C3: 220nF, rozstaw 5mm
lnie sprawdzona za pomocą sze- sygnał prostokątny o cz�stotliwoś-
C4: 470nF, rozstaw 5mm
regu r�łnych rejestrator�w i mo- ci 16Hz. Cz�stotliwośĘ drugiego
C5, C6: 330nF, rozstaw 5mm
nitor�w EKG. sygnału (2Hz lub 1Hz) mołna
C7: 100nF, rozstaw 5mm
zmieniaĘ za pomocą przełącznika
Półprzewodniki
Osobny układ S1b. Sygnał o cz�stotliwości 16Hz
D1, D2, D4: 1N4148
W fabrycznych urządzeniach do taktuje IC2, licznik dziesi�tny
D3: LED dużej jasności
testowana aparat�w EKG do ge- (pierścieniowy) z dziesi�cioma
D5: dioda Zenera 3V/400mW
neracji sygnału testującego uływa wyjściami. Drugi sygnał, po zr�ł-
IC1: 4251
si� zwykle system�w mikroproce- niczkowaniu w obwodzie C3, R3,
IC2: 4017
sorowych, a wi�c są one dosyĘ jest kierowany do wejścia 15
Różne
drogie. Jednak w pokazanym na licznika IC2 (dioda D2 słuły do
S1: 2-obwodowy przełącznik
rys. 2 schemacie symulatora na odcinania impuls�w ujemnych).
suwakowy
pr�łno by szukaĘ mikroprocesora. Impulsy te w odpowiednich mo-
BT1: bateria 9V z zatrzaskiem
Mołna w nim znale�Ę jedynie mentach kasują licznik.
X1: rezonator kwarcowy 4,194
dwa standardowe układy scalone Licznik dziesi�tny zlicza do 9
304MHz
i garśĘ element�w biernych. IC1 i pozostaje w tym stanie dop�ki
obudowa 60 x 95 x 23mm
jest 24-bitowym licznikiem dw�j- nie zostanie skasowany, poniewał
3 gniazdka bananowe 2,0mm lub
kowym z wbudowanym oscylato- ko�c�wka 11 jest połączona z wej-
2,5mm
Rys. 2. Schemat generatora sygnału EKG.
Elektronika Praktyczna 3/2001
24
ściem zezwolenia (13). Licznik
jest sprowadzany do zera tylko
impulsem kasującym. Od pozycji
przełącznika S1 zaleły wi�c czas
trwania fazy U, symulującej skur-
cze serca z cz�stotliwością 60Hz
lub 120Hz. Mołna teł ułyĘ re-
zonatora kwarcowego 4MHz, wte-
dy cz�stotliwości te wyniosą
57,2Hz i 114,4Hz.
Sygnał EKG jest generowany
w wyjątkowo prosty spos�b. Na
wyjściach Q1, Q4 i Q6 otrzymuje
si� przesuni�te w czasie sygnały
o kształcie prostokątnym. Pierw-
szy z nich (z wyprowadzenia 2)
jest w obwodzie całkującym R6,
C4 przekształcany w fal� P. Kon-
densator C4 jest wykładniczo ła-
dowany przez R6 do napi�cia
około 1V. Fala T jest kształtowana
przez drugi obw�d całkujący (R7,
C4). Rezystor R7 ma ponaddwu-
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej
krotnie mniejszą wartośĘ od R6,
i widok ścieżek płytki.
wi�c impuls z Q6 ładuje C4 do
napi�cia ponaddwukrotnie wi�k-
szego (2,2V) od napi�cia fali P. mowane (z r�łnymi wagami) za rys. 3 płytce drukowanej mołna
Pomi�dzy te dwie fale jest pośrednictwem rezystor�w R11 zmontowaĘ układ w kilka minut.
wprowadzany impuls R za pomocą i R12. Kondensator C7 wygładza Układy scalone mołna umieściĘ
obwodu r�łniczkującego C5, R10. nieco kształt impuls�w. Wyjścio- w podstawkach. W razie braku
Prąd ładowania C5 jest ograniczany wy dzielnik napi�cia dostarcza przełącznika suwakowego mołna
przez rezystor R8, a dioda D5 nie do jednego z wyjśĘ sygnał o am- ułyĘ dw�ch oddzielnych prze-
dopuszcza do wzrostu amplitudy plitudzie 1mV, stosowany w apa- łącznik�w, jednego do włączania
impulsu powyłej około 3,8V. Ujem- raturze EKG, a do drugiego zasilania, a drugiego do zmiany
ne impulsy (związane z opadają- z wyjśĘ sygnału 1V, przeznaczo- cz�stotliwości impuls�w. Propo-
cym zboczem impulsu wejściowe- nego dla mniej czułych urządze�, nowana obudowa z tworzywa ABS
go) są obcinane przez diod� D4 do wymagających wzmocnionych mieści płytk� drukowaną wraz
poziomu 0,7V. W ten spos�b po- sygnał�w, np. dodatkowego mo- z baterią. Do wyprowadzania syg-
wstaje składowa S. Dioda LED D3, nitora. nału wyjściowego doskonale na-
zasilana przez rezystor R9, błyska- Do zasilania symulatora uływa dają si� miniaturowe wtyczki ba-
niem sygnalizuje impulsy R. si� baterii 9V. Pobiera on około nanowe (o średnicy 2,0 lub
Sygnały z obu układ�w całku- 2,5mA, wi�c bateria nie wyczer- 2,5mm).
jących i z r�łniczkującego są su- puje si� szybko. Na pokazanej na Zaprojektował J. Holzhauer
Elektronika Praktyczna 3/2001
25