BiyopotansiyelYÜKSELTEÇLER

(AMPLİFİKATÖRLER)Serkan Yıldırım

DÜNDEN BUGÜNE ÇEKİLMİŞ TÜM EKG’LERİN EN ÖNEMLİ PARÇALARI AMPLİFİKATÖRLERDİR.

Amplifikatör nedir ve nerelerde kullanılır?

• Yükselteçler girişine uygulanan sinyalin akım ya da gerilimini dalga biçimini koruyarak yükselten ve güç kazancı sağlayan devrelerdir.

• Radyo ve televizyon alıcılarında, ses sistemlerinde, çeşitli tibbi, fizyolojik ve teknik ölçüm cihazlarında ve de daha başka elektronik aygıtlarda yaygın olarak kullanılır.

Amlifikatör’ün şekilsel tanımı

Amplifikatörler bunu nasıl yapar?• Amplifikatörlerde kullanılan transistörler, elektron

lambaları, transformatör ve üreteç gibi elektromekanik aygıtlar güçlendirici görevini görürler.

• Tıbbi cihaz tasarımında kullanılan biyopotansiyel amplifikatörler de çok sayıda transistör ve pasif devre elemanından(dirençler, kondansatörler ve bobinler) oluşan birbirine entegre devreler kullanılarak yapılmaktadır.

AMPLİFİKATÖRDE KAZANÇ NEDİR?

• Kazanç, yükselteç girişine uygulanan sinyalin çıkışta hangi oranda kuvvetlendirildiğini ifade eden bir kat sayıdır ve birimsizdir.

• Kazanç kat sayısı amplifikatör ürünlerinin bilgi sayfalarında G (Gain) ya da Av (amplitude voltage) olarak gösterilmektedir.

• Türkçe olarak da K veya A harfi ile ifade edilir.

Çıkış değeri ve giriş değeri aynı birime sahip olduğu için kazanç değeri birimsizdir.

Örnek soru

• Bir yükselteç devresinin girişine uygulanan 50 mV genlikli sinyal, çıkışta 300 mV olarak elde edilmektedir. Bu yükseltecin kazancı ne kadardır?

• K= 300 mV/ 50 mV = 6

Amplifikatörden istenilen çıkış değeri alınamazsa ne yapılır?• Bu gibi durumlarda amplifikatör katları ard arda

bağlanır. Bu düzeneğe çok katlı (kaskad) amplifikatör denir. Bu amplifikatörler adeta imece usulü çalışırlar.

• Bu düzenekte birinci katı oluşturan yükseltecin çıkışı, ikinci yükseltecin girişine uygulanır. Böylece yükseltilen çıkış diğer amplifikatörde tekrar yükseltilebilir.

• Çok katlı bir amplifikatörün kazancı, katların kazançlarının çarpımına eşittir.

Amplifikatörde yükseltilecek sinyal nasıl seçilir?

• Özellikle Biyopotansiyel amplifikatörlerin kullanıldığı cihazlarda(ekg, eeg vb.) ölçüm yapılırken hem biyolojik hem de biyolojik olmayan çevresel(ortamda bulunan cihazların oluşturduğu manyetik alan vb.) sinyal gürültüsü çok fazla olduğu için yükseltilmesi gereken asıl sinyali yükseltip diğer sinyalleri olabildiğince susturan filtreler bulunur.

Burr Brown firması tarafından üretilen UAF42 adlı filtrenin iç yapısı

Biyopotansiyel amplifikatör nedir?

• Aldıkları biyosinyalleri yükselten amplifikatörlere denir.

• Biyosinyaller ise sinirler ve kaslar tarafından üretilen potansiyellerin yani gizli kalmış fiziki güçlerin oluşturduğu elektrik alanlardan doğan sinyallerdir.

Biyopotansiyel amplifikatörün şematik gösterimi

Biyopotansiyel amplifikatörlerin özellikleri

• Bir biyopotansiyel amplifikatörde sağlanması gereken şartlar:

• 1. İzlenen fizyolojik olay herhangi bir şekilde amplifikatör tarafından etkilenmemelidir.

• 2. Ölçülen sinyal bozulmamalıdır. Fizyolojik sinyalin frekans aralığına uygun amplifikasyon yapılmalıdır.

• 3. Amplifikatör, ölçülen sinyali gürültü ve enterferans(istenmeyen sinyal gürültüsü) sinyallerinden mümkün olan en iyi şekilde ayırmalıdır.

• 4. Amplifikatör hasta için elektrik şoku tehlikesi oluşturmamalıdır.

• 5. Amplifikatör, defibrilatör veya elektrokoter uygulamalarında olduğu gibi girişinde oluşabilecek yüksek voltajlara karşı korunmuş olmalıdır.

Hastaya üç elektrot bağlanmıştır. Bu elektrotlardan ikisi hastadan biyolojik sinyal alırken üçüncüsü hastayı amplifikatöre bağlayan referans potansiyelini oluşturur.

Amplifikatörün girişindeki sinyalin beş farklı bileşeni vardır:• ölçülmek istenen biyolojik sinyal, • biyolojik kaynaklı istenmeyen diğer sinyaller, • elektrik şebekesinin 50 Hz enterferans sinyali

ve bunun harmonikleri, • doku-elektrot bağlantısı ile oluşan enterferans

sinyalleri,• amplifikatör gürültüsüdür.

Amplifikatörde Sağlıklı ölçüm için kritik noktalar • Biyopotansiyellerin ölçümü ile ilgili en kritik nokta

biyolojik yapı ile elektrotların bağlantısıdır. • Elektrot ile doku arasındaki empedans değişiklikleri,

elektrot yarı pil potansiyeli ve kaynaktan preamplifikatörün iç giriş direncine doğru akan akım nedeniyle oluşan hatalar ölçümler sırasında ortaya çıkan sorunlardan bazılarıdır.

• Bu sorunları azaltmak veya ortadan kaldırmak amacıyla yüksek giriş empedanslı preamplifikatörler, düşük yarı pil potansiyeline sahip elektrotlar ve doku empedansını azaltmak için iletken elektrot jeli kullanılmalıdır.

Sinyal kalitesinin en iyi olması için biyopotansiyel amplifikatörünün amaca en uygun şekilde tasarlanmış veya ayarlanmış olması gerekir. Frekans bandı ve kazanç sinyal parametreleri ile uyumlu olmalıdır. Bazı tibbi ve fizyolojik sinyallerin özellikleri yanda verilmiştir.

Biyopotansiyel amplifikatörlerin bölümleri

Preamplifikatör• Biyopotansiyel amplifikatörün giriş katıdır.• Giriş empedansı tutularak elektrottan gelen yüksek

potansiyellerle doyurulmamasına dikkat edilmelidir çünkü böyle bir durumda amplifikatörden istenilen sonuçlar alınamaz bu nedenle de amplifikatörün en yere göğe konulamayan parçasıdır.

• Eğer bir preamplifikatör en uygun şekilde tasarlanabilirse istenmeyen sinyalleri azaltabilir ve hatta ortadan kaldırabilir.

İzolasyon• İzolasyon devresi (amplifikatörü), kaynağın toprak

ile doğrudan bağlantısını keserek farklı toprak bağlantıları arasında akan akımları engeller ve hasta ile diğer elektronik donanımı koruyucu izolasyon sağlar.

• Asıl amacı, hastaya bağlı amplifikatörler, defibrilatörler veya elektrokoter gibi elektrik şoku yaratabilecek ve hastaya zararlı olabilecek elektrik şoklarından koruma sağlamaktır.

• Ayrıca bu bölümün farklı toprak bağlantıları arasında akan akımları engellemesi ile de sinyal gürültü oranının bozulmasını önler.

Filtreler…

Kaynaklar• YÜKSELTEÇLER VE FİLTRELER – DR. MURAT PEHLİVAN; Ege Üniversitesi

Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı• BİYOMEDİKAL FİZİK – PROF. DR. GÜRBÜZ ÇELEBİ;İZMİR 2008, 4. BASKI,

BARIŞ YAYINLARI • BİYOMEDİKAL CİHAZ TEKNOLOJİLERİ BİYOPOTANSİYEL YÜKSELTEÇLER -

T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI; Ankara, 2012• ELEKTROKARDiYOGRAFi CiHAZI YAPIMI LiSANS BiTiRME ÇALIŞMASI -

Samet Çavuşoğlu; T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK FAKÜLTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

• KABLOSUZ EKG CİHAZI TASARIMI - Mehmet MAZLUM, İsmail YILMAZ, Yunus AKSOY, Yusuf CANSEVER; T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER…