Способ автоматической коррекции частотной характеристики микроэлектродных усилителей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 23170 9 Союз Соеетокиа Социалиотическив РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства-1,л. 30 а, 4/01 Заявлено 24.Н 1.1967 ( 1174935/31-16с присоединением заявки-МПК А иоритет Комитет по деламизобретений и открытипри Совете МинистровСССР УДК 615.471:612.822.3 (088,8) убликовано 28.Х 1.1968. Бюллетень чЪ 3 пкования описания 7 Х. та опу Авторыизобрстегп В. В. Васильев и А. Я. Пьянзин Институт биологической физики АН СССЗаявитель ЧАСТОТНОЙУСИЛ ИТЕЛ ЕЙ СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОЭЛЕКТРОДНЬ Ю.с. входнОГО сиГна качка (1 Е дпя имеет 0 и отведения, если э, д форму единичного 1=0 для 1(0).Переменное во в рое развивает така электродного усили У,- Ыр ( - 1-.),где -.= Я,Споцепи, а 1 - времяЧастотный спектрде микроэлектроднокомпонентной Фурье(со) коэо усилспектрпектродием:т 11+ 1 м ффициент пс теля по на Р,(о) напря ного усилите где со - частота. редачи микроэлек пряжению, то час жения на выходе ля определяется в Если К тр одно тотный микроэ ыражен Р (со) = К( е равенство показывает, что путем ависимости при неизменной величине но добиться уменьшения искажений го спектра биопотенциалов до заданелов. Однако в реальных условиях Последнвыбораможчастотноных пре Для внутриклеточного отведения биопотенциалов применяются микроэлектроды, обладающие высоким активным сопротивлением.С миыроэлектрода отводимый биопотенциал псдается на вход миироэлектродного усилите ля, который помимо усиления подводимых к нему потенциалов, служит также для согласования высокого сопротивления микроэлектрода с более низким входным сопротивлением регистратора 10На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема канала отведения, гдеэ. д, с, источника биопотенциалов; Я - суммарная величина выходного сопротивления источника биопотенциалов и сопротивления 15 микроэлектрода; С - суммарная величина паразитных емкостеи, параллельных входу усилителя; У - напряжение, развиваемое источником биопотенциалов на входе усилителя (в точках а и в); 1 - микроэлектродный уси литель.Микроэлектродные усилители обычно используют в линейном режиме, что позволяет уменьшить нелинейные искажения. Одним из основных, показателей, качества канала огве дения является величина искажений, возникающих в частотном спектре биопотенциалов при прохождении их через канал отведения. Величину искажений удобно определять по характеру спектра сигнала на выходе канала 30 емени напряжение, котоэ, д. с. на,входе мпкроеля, изменяется по закон тоянная времени входнои напряжения Р,(в) на вхоо усилителя определяется функции 0,(1)оЯ (С+ С)1Н,(С,+С) 1 55 эчектрофизиологического эксперимента возникают неконтролируемые изменения электрических параметров хИкроэлектрода, которые влекут за собой также неконтролируемые изменения .постоянной времени входной цепи,Извест 1 ны способы автоматической,коррекции частотной характеристики микроэлектродчых усилителей. 1-1 апример, один из таких способов основан на автоматической подстройкечастотной (переходной) характеристики микроэлектродного усилителя при помощи специального исполнительного усстройства,по измеренной величине искажений формы (спектра)тест-сигнала 1 после его прохождения через уси.литель. На вход усилителя тест-сигнал посту.пает через объект, исследования, к которомуон подводится при помощи специального микроэлектрода.В качестве вспомогательного выбираетсямикроэлектрод подобный тому, который используется для отведения биопотенциаловк усилителю. В силу того, что этот способоснован на автоматической коррекции частотной характеристики, он пригоден для компенсации частотных искажений при измененияхпараметров микроэлектрода в широких пределах,В то же время описанный способ имеет двасерьезных недостатка, которые обусловленынеобходимостью подведения тест-сигнала кобъекту исследования.1. Требуется введение дополнительного микроэлектрода в исследуемый объект, что отрицательно сказывается на состоянии последнего.2, Возникает значительная ошибка подстройки частотной характеристики усилителя,связанная с тем, что,цепь, через которую подводится тест-сигнал на вход микроэлектрод 1 ого усилителя, отличается (главным образомблагодаря,вспохогательного микроэлектрода)от той цепи, через которую на вход микроэлектродного усилигеля поступают биопотенциалы.Целью предлагаемого изобретения являетсяуменьшение искаженг асотоо спектрабиопотенциалов при самопроизвольных измеРОНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛсРаМЕТРОВ МИКРОЭЛЕКтрода путем автоматической коррекции частотной характеристики ми кроэлектродногоусилителя без использования, вспомогательного микроэлектрода.Сущность изобретения заключается в том,что величина емкости цепи, через которую биопоте 1 нциалы подводятся на вход микроэлектродного усилителя, изменяется путеы:подключения заряженного конденсатора постоянсной емкости. На выходе микроэлектродногоусилителя измеряется спектральная плотностьпереходного процесса, возникающего при указанном подключонии. Измерения производятсяна двух фиксированных частотах, Результатыизмерений используются для автоматическойкоррекции частотной характеристики микроэлектродного усилителя 4Предлагаемый способ не требует введенияв исследуемый объект дополнительного микро- электрода и,позволяет осуществлять регулирование частотной характеристики микроэлек тродного усилителя, исходя непосредственнопз найденной величины постоянной времени входной цепи канала отведения.Регистрируехый на выходе микроэлектродного усилителя переходный процесс, связан ный с подключением запряженного конденсатора, по форме совпадаег с переходным процессом, обусловленным действием скачкообразно- изменяющейся э. д. с. Необходимо только усчитывать, что емкость входной цепи при этом 15 возрастает на величину емкости с подключаемого конденсатора, так что суммарная емкость равна С, +С.Следовательно, спектр переходного процессана выходе микроэлектродного усилителя г 3 (с 1), 20 при подключении на его входе конденсаторапостоянной емкости, имеет следующий вид:Е ,Л,(С,+С)1+1 ,(С,+С) )25 А определяется из условия;А С,Е+ СЕ Е С (Е 1 - Е)1 где - веС,+С С,+С а личина емкости подключаемого конденсатора;50 Е - величина напряжения, до которого заряжен конденсатор; С - в,начальный моментвремени; Е, - величина напряжения, до которой заряжен конденсатор в начальный моментвремени.55 Записыв 11 я выражение для модуля Р 3(н),для некоторых двух фиксированных частотС 1; И с 2, И рЕШая ЗатЕМ ПОЛуЧаЮщуЮСя СуММу.;вух уравнений относительно Я, и С можнонайти постоянную времени -., = 1 хС,40Гз (со) К (щ 2) - Г ( ) К (щд2Ъ дТакм образом, каждой паревеличин Р 3(со)И Р 3 (Сс ) (ПрИ ЗадаННЫХ ЗНаЧЕНИяХ о 1, И СВ 2, а та К же Е, и Е) соответствует строго определеннаявеличина т . Это означает, что для определения постоянной времени входной цепи канала отведения биопотенциалов достаточно измерить спектральную плотность переходного про цссса на выходе усилителя для д 1 вусх разнесенных частот. Это осуществляется путем подключения на выходе хИкроэлектродного усилителя двух узкополссных фильтров, настроенных со- ОтВЕтСтВЕННО На ЧаСтОтЫ с 1,И О 2.60 Удобно выбирать ь 1 и ь 12 таким образом,чтобы выполнялись условияВ этом случае со) в) и определение т, по величинам Р,(в)1) и Г,(в)2) упрощается, что в свою очередь, приводит к упрощению схемы автоматического регулирования частотной характеристики микроэлектродного усилителя,11 еобхсдимо также заметить, что изложенные Выше ВьВоды полу Снь В прсдполо)кении, что отводимый биопотснциал в течение длительности переходного процесса нс изме ястся. Это значит, что измерения тдолжны осуществляться во время существования потенциала покоя, который, как известно, либо имеет постоянную величину, либо изменяется настолько медленно, что его изменения за врсмя длительности переходного процесса не вносят заметной ошибки в результаты измерений. 11 зложсннсс гребованис обеспечивается тем, что схема автоматического регулирования открывается только на время существования потенциала покоя, а на время существования потенциала действия эта схема блокируется. Чтобы осуществить указанную блокировку, необходимо отделить 1 отсслсктировать) импульсы, Отооряжяющис псрсходныЙ процесс, О Г им пульсов, соответствующих потенциалу действия. Для этого величина э, д, с. Е, источника, от которого заряжается конденсатор С, выбирается заведомо больше любой возможнои величины потенциала покоя и той же полярности, При этом импульсы, соответствующие переходному процессу, отгОсительно потенциала покоя имеют отрицательную полярность, в то время как импульсы, характеризующие потенциал действия - положительную.Функциональная сыма прсдлагясмого способа отведения биопотенциалов показана нафиг. 2,1-1 а выход микроэлектродного усилителя 1 биопотенциалы поступаОт в одном г 1 отокс с импульсами, изображающими переходный процесс. Последние выделяются из потока с помощью диодного вентиля 2 и подаются на узкополосные фильтры 3 и 4. Фильтр 8 настроен ня низкую частоту )а фильтр 4 - на высокую частоту и Кроме того, напряжение с выхода микроэлсктродного усилителя поступает на регистратор 5, с помощью которого производится регистрация биопотенциалов. Чтооы регистрация биспотенциалов не затруднялась наличием ивпульсов переходного процесса, регистратор блокируется в соответствующие моменты времени импульсами, поступающими с диодного вентиля 2. Вместе с тем, ня время лщс:твования потенциалов действия диодиый Вентиль блокируется импульсами, поступ д ющи и с р ег истр а тор а 5.На устройство сравнения 6 поступают сиг палы, хдрактсризующпс вели Нну спектральной плотности переходного процесса ня частотах нястрОЙки фильгров )1 и В), Величину коэффициента усиления м икр оэлсктродного силитсля ня тех же частотах, д также всли )ину потенциала покоя. Сигналы, характеризующие спектральную плотность переходного процесса, поступают с фильтров 3 и 4. Сигналы, характеризующие величину коэффициентасилсния микроэлсктродного усилителя для 15 1 дстот с)1 и в), формируются иополнительньвустройством 7. Сигнал, характеризующий величшу потенциал покоя, формируется регистратором 5. Под воздействием эпх сигналов устройство сравнения 6 вырабатывает напря жение, пропорциональное величине постояннойвремени входной цепи т,. Это ндпряженис по.ступает на вход исполнительного устройства 7, кстсрос формирует сигналы. характеризующие коэ 1)фициснт усиления микрсэлектрсдного уси,итсля ня частотах ь)1 и ь), а также осуществляет перестройку частотной характеристик микрсэлсктродного усилителя в соответствии с измеренной величиной постоянной времени входной цепи30 Ксндсн;атор С пссгсянно емкости подлО 1 дстся ко входу микроэлектродного усилителя иод воздействием импульсов генератора 8 при пс мощи реле 10. По окончании переходного процесса конденсатор С с помощью того жс 35 рслс подключается к 1,его пик 9 осоянногоапряжсния дл 51 зя 1)ядки. ПсрсклОчснис пс.вторястся циклически с. частотой генератора 8,Предмет изобретения40Способ автоматической коррекции гастотнойхарактеристики микроэлсктродныхлсй, от,1 чоюпрйс тем, что, с целью упрощения схемы и увеличения точности коррекции, 45 тест-сигнал в виде переходного процесса раз 1)5 дя заря)кенного конденсатора постояннОЙ мкости подастся непосредственно на входнуо цопь усилителя, а сигнал управления коррсктирмюиими элсснтами В 11 ряодтывястся В рс зультате сравнения сигналов с выходов двухполосовых фильтров, настроенных иа высокуо И НИЗй Ю ЧЯСТОГЫ, ВКЛЮ СНН 11 Х Ня ВЬХОДС ОР- ректирусмого усилителя.