מה תפקידן של דיודות במיזוג אותות של חיישני מכשירים רפואיים?

1, Photodiode: "מתרגם האותות האופטיים" לניטור סימנים חיוניים
פוטודיודות ממירות אותות אופטיים לאותות חשמליים באמצעות האפקט הפוטואלקטרי של צמתים PN, והן נמצאות בשימוש נרחב במכשירים רפואיים לניטור רוויון חמצן בדם, זיהוי גלי דופק, הדמיה אנדוסקופית ותרחישים אחרים. יתרונות הליבה שלה באים לידי ביטוי בשלושה היבטים:

תגובה ספקטרלית ברגישות גבוהה
אם לוקחים כדוגמה פוטודיודות מבוססות סיליקון, יש להן מאפייני תגובה ליניאריים בטווח אורך גל של 400-1100 ננומטר, המכסות בדיוק את שיא ספיגת ההמוגלובין (940 ננומטר) ואת שיא ספיגת ההמוגלובין המחומצן (660 ננומטר). באמצעות טכנולוגיית זיהוי אורכי גל כפולים, ניתן לחשב במדויק את ריווי החמצן בדם (SpO ₂) עם שיעור שגיאה שנשלט בתוך ± 2%. מותג מסוים של אוקסימטר נייד מאמץ פוטודיודות מסוג PIN, שיכולות לשמור על תגובה של 0.1 μ A/lux בתנאי תאורה נמוכים, מה שמבטיח את הדיוק של ניטור הלילה.
יכולת תגובה דינמית מהירה
בזיהוי גלי דופק, פוטודיודות צריכות ללכוד שינויים ברמה של אלפיות השנייה באותות פעימות הלב. פוטודיודות מפולת (APDs) מקצרות את זמן התגובה לננו-שניות באמצעות אפקט הכפל פנימי של מפולת, ובעזרת מעגל מגבר טרנס-אימפדנס, יכולות לשחזר בבירור את הקצה העולה ואת המאפיינים של גלי דופק וגלי דופק כבדים. מוניטור לחץ דם דינמי מסוים משתמש במערך APD כדי להשיג רכישה ללא עיוות של צורות גל בקצב דגימה של 200 הרץ.
עיצוב מבנה נגד הפרעות
מנורות פלורסנט ומקורות אור LED בסביבות רפואיות עלולות ליצור הפרעות בתדר מתח של 50Hz. על ידי שילוב מסננים אופטיים בתוך חבילת הפוטודיודות, ניתן לדכא ביעילות אותות אופטיים שאינם באורך גל. סוג מסוים של אנדוסקופ רפואי מאמץ טכנולוגיית ציפוי רב-שכבתית, אשר מגדילה את העברת האור הנראה ל-95% תוך דיכוי הפרעות אינפרא אדום מתחת ל-40dB.
2, דיודת זנר: "שסתום הבטיחות" של ספק כוח רפואי
לציוד רפואי יש דרישות מחמירות ליציבות כוח. מעגל ויסות המתח המדויק שנבנה על ידי התמוטטות הפוכה של דיודת ווסת המתח ממלא תפקיד מפתח בתרחישים הבאים:

מערכת הגנה על סוללת ליתיום
כאשר מכשירים רפואיים ניידים כגון דפיברילטורים ואולטרסאונד ניידים מופעלים באמצעות סוללות ליתיום, יש צורך למנוע נזק לסוללה שנגרם כתוצאה מטעינת יתר/פריקת יתר. דיודת ווסת המתח מסדרת MMSZ5231B, בעלת מאפייני ויסות מתח מדויקים של 3.3V ± 0.05V ושבב ניהול טעינה, שולטת בתנודות מתח הסוללה בטווח של ± 0.1%. לאחר אימוץ פתרון זה, חיי מחזור הסוללה של מכשיר AED מסוים הוארכו ליותר מ-2000 פעמים.
ספק כוח מעגל אנלוגי דיוק גבוה
במכשירים כגון אלקטרוקרדיוגרפים ואלקטרואנצפלוגרפים, מעגלים אנלוגיים קדמיים-רגישים לרעש של אספקת החשמל. וסת מתח רעש נמוך- מסדרת BZX85C משתמש בטכנולוגיית בקרת מקדם טמפרטורה של 0.01 μ A/מעלה כדי לדכא אדוות הספק מתחת ל-50 μV בתוך טווח העבודה של -20 מעלות ל-+85 מעלות, מה שמבטיח אות- ליחס רעש שווה ל-Bioeerric (SNR) עבור יחס ביולוגי לרעש גדול (SNR) רכישה.
עיצוב של ספק כוח מבודד ברמה רפואית
בסביבות הפרעות אלקטרומגנטיות חזקות כמו חדרי ניתוח, מסוף המוצא של שנאי הבידוד צריך להיות מצויד במעגל מהדק שנבנה על ידי דיודת ווסת מתח. ספק כוח מבודד רפואי מסוים מאמץ מערך דיודות ווסת מתח דו-כיווני כדי להגביל את מתח ההפרעה במצב משותף בתוך ± 60V, העומד בדרישות של IEC 60601-1 תקן בטיחות חשמלי רפואי.
3, יישומים חדשניים במעגלי מיזוג אותות
מעגל הגנה מגביל
במעגל ההנעה של בדיקה קולית, דיודת המתג המהירה -1N4148 יוצרת רשת מגבילה דו-כיוונית, אשר מהדקת את מתח היתר הזמני בתוך ± 5.7V כדי להגן על המתמר הקרמי הפיזואלקטרי מפני פגיעת דופק. לאחר אימוץ פתרון זה, שיעור הכשל בבדיקה של מכשיר אולטרסאונד נייד ירד ב-80%.
מעגל הגברה לוגריתמי
במנתח חיסון פלואורסצנטי, אות הפלט של הפוטודיודה קשור לוגריתמית לעוצמת הקרינה. המגבר הלוגריתמי שנבנה עם דיודה BAS70 Schottky מרחיב את הטווח הדינמי ל-10⁶, ומשיג זיהוי חומר עקבות ברמת pg/mL. לאחר אימוץ טכנולוגיה זו, מגבלת הזיהוי של סוג מסוים של גלאי כימילומינסנציה עלתה על 0.1 פג'/מ"ל.
רשת פיצוי טמפרטורה
במדחום אינפרא אדום, תרמיסטור ודיודת ווסת מתח מסוג 1N4728A יוצרים מעגל פיצוי טמפרטורה, המבטל את השפעת טמפרטורת הסביבה על חיישן האינפרא אדום באמצעות מאפיינים לא ליניאריים. לאחר אימוץ תוכנית זו, אקדח לטמפרטורת אוזניים מסוים יכול לשלוט בשגיאת המדידה בתוך ± 0.2 מעלות בטמפרטורת סביבה של 10 מעלות -40 מעלות.