Задача 4.56. Сборник «Задач по медицинской и биологической физике» Ремизова А.Н. 2001 г.

Почему в электрокардиографе для усиления электрического сигнала необходимо использовать усилитель постоянного тока? // Ремизов А.Н., Максина А.Г. «Сборник задач по медицинской и биологической физике», 2001 г.

Рисунок 1. Обозначение операционного усилителя на схемах. V+ -неинвертируемый вход, V- инвертируемый вход, Vs+- — клеммы источника питания усилителя, Vout — выход для усиленного сигнала. Отметим, что на вход V+ при снятии кардиограммы нужно подать разницу потенциалов (например, между рукой и ногой), которая должна быть усилена, поэтому перед операционным усилителем должен находиться прибор, который сначала вычтет потенциалы друг из друга.

Взято отсюда.

В курсе электроники рассматривают работу операционных усилителей (ОУ). Такие усилители являются по своей сути усилителями постоянного тока с дифференциальным входом. Их отличительной особенностью является то, что из-за высокой отрицательной обратной связи выдаваемый ими сигнал слабо зашумлён, линеен по усилению в выбранной полосе частот. Отметим, что линейность усиления способствует минимальному искажению усиленного сигнала по отношению ко входному сигналу. Данное обстоятельство позволяет повысить объективность полученных данных.

Обратим внимание на вторую особенность ОУ – наличие дифференциального входа. На один из входов подаётся, условно говоря, опорный потенциал, на второй – измеряемый. Разница между этими потенциалами и усиливается на выходе из прибора. Отметим, что ОУ прекрасно работает и при частоте изменения сигналов в пределах мегагерца. Если врач снимает кардиограмму с человека, то опорный потенциал – читай «нулевой уровень»  – это сигнал от одной из ног, а измеряемый – потенциал одной из рук, ног или другой точки тела человека. Если бы при построении кардиограммы использовался усилитель переменного тока, то разницу потенциалов пришлось бы брать между некоторой точкой тела человека и нулевым проводом – землёй. В обычных приборах есть или должен быть нулевой провод, и его можно подключить к усилителю при измерении, а у человека такого нулевого провода нет в принципе. В силу такой причины усилитель переменного тока не походит для изучения распределения электрических потенциалов человека. Таким образом, операционный усилитель при снятии кардиограммы позволяет получать достаточно объективную информацию, так как работает устойчиво при малых частотах изменения сигнала и вносит минимальные искажения в усиленный выходящий сигнал.