Wat is de rol van diodes bij signaalconditionering van sensoren voor medische apparaten?

1, Fotodiode: de "optische signaalvertaler" voor monitoring van vitale functies
Fotodiodes zetten optische signalen om in elektrische signalen via het foto-elektrische effect van PN-overgangen, en worden veel gebruikt in medische apparaten voor het monitoren van de zuurstofverzadiging in het bloed, pulsgolfdetectie, endoscopische beeldvorming en andere scenario's. De belangrijkste voordelen worden weerspiegeld in drie aspecten:

Spectrale respons met hoge gevoeligheid
Als we op silicium-gebaseerde fotodiodes als voorbeeld nemen, hebben ze lineaire responskarakteristieken in het golflengtebereik van 400-1100 nm, waarbij ze precies de absorptiepiek van hemoglobine (940 nm) en de absorptiepiek van zuurstofrijk hemoglobine (660 nm) dekken. Door middel van detectietechnologie met dubbele golflengte kan de zuurstofverzadiging in het bloed (SpO₂) nauwkeurig worden berekend met een foutenpercentage dat binnen ± 2% wordt gecontroleerd. Een bepaald merk draagbare oximeter maakt gebruik van fotodiodes van het PIN-type, die bij weinig licht een respons van 0,1 μ A/lux kunnen handhaven, waardoor de nauwkeurigheid van nachtelijke monitoring wordt gegarandeerd.
Snelle dynamische responscapaciteit
Bij pulsgolfdetectie moeten fotodiodes de niveauveranderingen in milliseconden in hartslagsignalen vastleggen. Lawinefotodiodes (APD's) verkorten de responstijd tot nanoseconden door het interne lawinevermenigvuldigingseffect, en kunnen met behulp van een transimpedantieversterkercircuit de stijgende flank en kenmerken van pulsgolven en zware pulsgolven duidelijk reproduceren. Een bepaalde dynamische bloeddrukmeter maakt gebruik van een APD-array om golfvormvervormingsvrije acquisitie te bereiken bij een bemonsteringsfrequentie van 200 Hz.
Ontwerp van anti-interferentiestructuur
TL-lampen en LED-lichtbronnen in medische omgevingen kunnen interferentie op de netfrequentie van 50 Hz genereren. Door optische filters in het fotodiodepakket te integreren, kunnen optische signalen met een niet-doelgolflengte effectief worden onderdrukt. Een bepaald type medische endoscoop maakt gebruik van meer-laagcoatingtechnologie, die de doorlaatbaarheid van zichtbaar licht verhoogt tot 95%, terwijl infraroodinterferentie wordt onderdrukt tot minder dan -40 dB.
2, Zenerdiode: de "veiligheidsklep" van medische voeding
Medische apparatuur stelt strenge eisen aan de stroomstabiliteit. Het precisie-spanningsregelaarcircuit, opgebouwd door de omgekeerde doorslagkarakteristiek van de spanningsregelaardiode, speelt een sleutelrol in de volgende scenario's:

Beveiligingssysteem voor lithiumbatterijen
Wanneer draagbare medische apparaten zoals defibrillatoren en draagbare echografieën worden gevoed door lithiumbatterijen, is het noodzakelijk om schade aan de batterij te voorkomen die wordt veroorzaakt door overladen/overontladen. De spanningsregelaardiode uit de MMSZ5231B-serie, met nauwkeurige spanningsregelingskarakteristieken van 3,3 V ± 0,05 V en een laadbeheerchip, regelt fluctuaties in de batterijspanning binnen ± 0,1%. Na het toepassen van deze oplossing is de levensduur van de batterij van een bepaald AED-apparaat tot meer dan 2000 keer verlengd.
Analoge circuitvoeding met hoge precisie
In apparaten zoals elektrocardiografen en elektro-encefalografen zijn analoge front-{0}}circuits gevoelig voor voedingruis. De BZX85C-serie spanningsregelaar met lage- ruis maakt gebruik van temperatuurcoëfficiëntcontroletechnologie van 0,01 μ A/graad om de stroomrimpel te onderdrukken tot onder 50 μ V binnen het werkbereik van -20 graden tot+85 graad, waardoor een signaal- ruisverhouding (SNR) van groter dan of gelijk aan 60 dB wordt gegarandeerd voor bio-elektrische signaalverwerving.
Ontwerp van een geïsoleerde voeding van medische kwaliteit
In omgevingen met sterke elektromagnetische interferentie, zoals operatiekamers, moet de uitgangsterminal van de scheidingstransformator worden uitgerust met een klemcircuit dat is opgebouwd uit een spanningsregelaardiode. Een bepaalde medische isolatievoeding maakt gebruik van een bidirectionele spanningsregelaar-diode-array om de common-mode-interferentiespanning binnen ± 60V te beperken, en voldoet aan de vereisten van de medische elektrische veiligheidsnorm IEC 60601-1.
3, Innovatieve toepassingen in signaalconditioneringscircuits
Beperkend beveiligingscircuit
In het aandrijfcircuit van de ultrasone sonde vormt de 1N4148 hogesnelheidsschakelaardiode een bidirectioneel begrenzingsnetwerk, dat de transiënte overspanning binnen ± 5,7 V beperkt om de piëzo-elektrische keramische transducer te beschermen tegen pulsimpact. Na het toepassen van deze oplossing daalde het percentage sondestoringen van een draagbaar echografieapparaat met 80%.
Logaritmisch versterkingscircuit
In een fluorescentie-immunoassay-analysator is het uitgangssignaal van de fotodiode logaritmisch gerelateerd aan de fluorescentie-intensiteit. De logaritmische versterker, gebouwd met een BAS70 Schottky-diode, breidt het dynamische bereik uit tot 10 ⁶, waardoor detectie van sporenstoffen op pg/ml-niveau wordt bereikt. Na toepassing van deze technologie overschreed de detectielimiet van een bepaald type chemiluminescentiedetector 0,1 pg/ml.
Temperatuurcompensatienetwerk
In een infraroodthermometer vormen een thermistor en een spanningsregelaardiode van het type 1N4728A een temperatuurcompensatiecircuit, dat de invloed van de omgevingstemperatuur op de infraroodsensor opheft door middel van niet-lineaire eigenschappen. Na het toepassen van dit schema kan een bepaald oortemperatuurpistool de meetfout binnen ± 0,2 graden controleren bij een omgevingstemperatuur van 10 graden -40 graden.