Tıbbi cihaz sensörlerinin sinyal koşullandırmasında diyotların rolü nedir?

1, Fotodiyot: yaşamsal belirtilerin izlenmesi için "optik sinyal çeviricisi"
Fotodiyotlar, PN bağlantılarının fotoelektrik etkisi yoluyla optik sinyalleri elektrik sinyallerine dönüştürür ve kan oksijen doygunluğunun izlenmesi, nabız dalgası tespiti, endoskopik görüntüleme ve diğer senaryolar için tıbbi cihazlarda yaygın olarak kullanılır. Temel avantajları üç açıdan yansıtılmaktadır:

Yüksek hassasiyetli spektral tepki
Örnek olarak silikon-bazlı fotodiyotlar ele alındığında, 400-1100 nm dalga boyu aralığında doğrusal yanıt özelliklerine sahiptirler ve tam olarak hemoglobin absorpsiyon zirvesini (940 nm) ve oksijenli hemoglobin absorpsiyon zirvesini (660 nm) kapsarlar. Çift dalga boyu algılama teknolojisi sayesinde kan oksijen satürasyonu (SpO ₂), ± %2 dahilinde kontrol edilen bir hata oranıyla doğru bir şekilde hesaplanabilir. Belirli bir taşınabilir oksimetre markası, düşük ışık koşullarında 0,1 μ A/lüks yanıtını koruyabilen ve gece izlemenin doğruluğunu garantileyen PIN tipi fotodiyotları kullanır.
Hızlı dinamik yanıt yeteneği
Nabız dalgası tespitinde fotodiyotların kalp atışı sinyallerindeki milisaniye düzeyindeki değişiklikleri yakalaması gerekir. Çığ fotodiyotları (APD'ler), dahili çığ çarpma etkisi yoluyla tepki süresini nanosaniyelere kadar kısaltır ve bir transimpedans amplifikatör devresinin yardımıyla, darbe dalgalarının ve ağır darbe dalgalarının yükselen kenarını ve özelliklerini net bir şekilde yeniden üretebilir. Belirli bir dinamik kan basıncı monitörü, 200Hz örnekleme hızında dalga biçimi distorsiyonsuz edinimi elde etmek için bir APD dizisi kullanır.
Parazit önleyici yapı tasarımı
Tıbbi ortamlardaki floresan lambalar ve LED ışık kaynakları, 50Hz güç frekansında girişim oluşturabilir. Fotodiyot paketine optik filtrelerin entegre edilmesiyle, hedef olmayan dalga boyundaki optik sinyaller etkili bir şekilde bastırılabilir. Belirli bir tıbbi endoskop türü, görünür ışık geçirgenliğini %95'e çıkarırken kızılötesi girişimi -40dB'nin altına kadar bastıran çok-katmanlı kaplama teknolojisini kullanır.
2, Zener diyot: tıbbi güç kaynağının "emniyet valfi"
Tıbbi ekipmanın güç stabilitesi açısından katı gereksinimleri vardır. Voltaj regülatör diyotunun ters arıza karakteristiği ile oluşturulan hassas voltaj regülatör devresi aşağıdaki senaryolarda önemli bir rol oynar:

Lityum pil koruma sistemi
Defibrilatörler ve taşınabilir ultrason gibi taşınabilir tıbbi cihazlar lityum pillerle çalıştırıldığında, pilin aşırı şarj/aşırı deşarjdan kaynaklanabileceği hasarların önlenmesi gerekir. 3,3V ± 0,05V hassas voltaj düzenleme özelliklerine ve şarj yönetimi çipine sahip MMSZ5231B serisi voltaj regülatör diyotu, akü voltajı dalgalanmalarını ±%0,1 dahilinde kontrol eder. Bu çözümün benimsenmesinden sonra belirli bir AED cihazının pil döngüsü ömrü 2000 kattan fazla uzatıldı.
Yüksek hassasiyetli analog devre güç kaynağı
Elektrokardiyograflar ve elektroensefalograflar gibi cihazlarda, analog ön uç devreler güç kaynağı gürültüsüne duyarlıdır. BZX85C serisi düşük-gürültü voltaj regülatörü, -20 derece ila+85 derece çalışma aralığı içinde güç dalgalanmasını 50 μ V'nin altına bastırmak için 0,01 μ A/derecelik sıcaklık katsayısı kontrol teknolojisini kullanır ve biyoelektrik sinyal edinimi için 60dB'den büyük veya buna eşit bir sinyal-gürültü oranı (SNR) sağlar.
Tıbbi sınıf izole güç kaynağının tasarımı
Ameliyathaneler gibi güçlü elektromanyetik girişim ortamlarında, izolasyon transformatörünün çıkış terminalinin, voltaj regülatör diyot tarafından oluşturulan bir kelepçe devresiyle donatılması gerekir. Belirli bir tıbbi izolasyon güç kaynağı, ortak mod girişim voltajını ± 60V dahilinde sınırlamak için IEC 60601-1 tıbbi elektrik güvenliği standardının gerekliliklerini karşılayan çift yönlü bir voltaj düzenleyici diyot dizisi kullanır.
3, Sinyal Koşullandırma Devrelerinde Yenilikçi Uygulamalar
Sınırlayıcı koruma devresi
Ultrasonik prob tahrik devresinde, 1N4148 yüksek-hız anahtar diyotu, piezoelektrik seramik dönüştürücüyü darbe etkisinden korumak için geçici aşırı voltajı ± 5,7V dahilinde sıkıştıran çift yönlü bir sınırlama ağı oluşturur. Bu çözümün benimsenmesinden sonra taşınabilir ultrason cihazının prob arıza oranı %80 azaldı.
Logaritmik amplifikasyon devresi
Bir floresans bağışıklık tahlili analizöründe, fotodiyotun çıkış sinyali, floresans yoğunluğuyla logaritmik olarak ilişkilidir. BAS70 Schottky diyot ile oluşturulan logaritmik amplifikatör, dinamik aralığı 10 ⁶'ye çıkararak pg/mL düzeyinde eser madde tespiti sağlar. Bu teknolojinin benimsenmesinden sonra belirli bir tür kemilüminesans dedektörünün tespit limiti 0,1 pg/mL'yi aştı.
Sıcaklık telafisi ağı
Kızılötesi termometrede, bir termistör ve 1N4728A tipi voltaj düzenleyici diyot, ortam sıcaklığının kızılötesi sensör üzerindeki etkisini doğrusal olmayan özellikler yoluyla ortadan kaldıran bir sıcaklık dengeleme devresi oluşturur. Bu şemayı benimsedikten sonra, belirli bir kulak sıcaklığı tabancası, 10 derece -40 derece ortam sıcaklığında ölçüm hatasını ± 0,2 derece içinde kontrol edebilir.