المضخم INA333 هو ما تلجأ إليه حين تكون الإشارة أصغر من أن تُقاس مباشرة. فخرج خلية حمل يُقاس بالميكروفولت، أو إشارة EMG من عضلة، أو الجهد الحراري الضئيل لمزدوج حراري — كلها أدنى بكثير مما يستطيع محوّل المتحكم تمييزه، وتصل مدفونة في الضجيج. وتقوم هذه الوحدة بتضخيم ذلك الفرق بنقاء، بكسب قابل للضبط من ١ إلى ١٠٠٠.

وما يميّز مضخم القياس عن المضخم العملياتي العادي هو بنيته ثلاثية المضخمات وما تمنحه من رفض للإشارة المشتركة. فهو يضخّم الفرق بين مدخليه فقط ويرفض أي ضجيج يظهر عليهما معاً — طنين الشبكة، والتشويش من الأجهزة المجاورة، والمجال الكهربائي للمكان. ومع حساس في نهاية كابل طويل، يكون هذا الرفض غالباً هو الفرق بين قراءة صالحة وضجيج خالص. كما أن INA333 مصمم بتقنية انعدام الانحراف، فيبقى إزاحته ثابتة مع تغير الحرارة بدل أن تتجول خلال القياس.

وتضيف الوحدة منظّم جهد ٣٫٣ فولت مدمجاً وتُخرج كل شيء عبر واجهة بخمسة أطراف، فتغذّيها بـ ٥ فولت وتبدأ القياس.

المواصفات

الشريحة              : Texas Instruments INA333
النوع                 : مضخم قياس دقيق بانعدام الانحراف
البنية                : ثلاثة مضخمات عملياتية
مدى الكسب             : من ١ إلى ١٠٠٠ (يُضبط خارجياً)
معادلة الكسب          : الكسب = ١ + (١٠٠ كيلو أوم ÷ RG)
مدى تغذية الشريحة      : ١٫٨ - ٥٫٥ فولت، تغذية مفردة
دخل الوحدة            : ٥ فولت نموذجياً
المنظّم المدمج         : LDO بجهد ٣٫٣ فولت
الخرج                 : من طرف إلى طرف (Rail-to-Rail)
جهد الإزاحة           : ٢٥ ميكروفولت كحد أقصى (حسب الشريحة)
انحراف الإزاحة         : ٠٫١ ميكروفولت/درجة مئوية كحد أقصى
رفض الإشارة المشتركة   : ١٠٠ ديسيبل كحد أدنى عند كسب ١
تيار السكون           : نحو ٥٠ ميكرو أمبير
الواجهة               : VCC و GND و VIN+ و VIN- و OUT

أهم المزايا

• تضخيم على مستوى الميكروفولت — يرفع إشارات أدنى بكثير من دقة تمييز المحوّل إلى نطاق قابل للاستخدام.

• رفض عالٍ للإشارة المشتركة — يزيل طنين الشبكة والتشويش البيئي الذي يلتقطه المدخلان بالتساوي، وهذا هو السبب الأساسي لاختيار مضخم قياس بدل مضخم عملياتي.

• بنية بانعدام الانحراف — انحراف إزاحة لا يتجاوز ٠٫١ ميكروفولت/درجة مئوية، فتطابق القراءة بعد ساعة قراءة لحظة التشغيل.

• كسب من ١ إلى ١٠٠٠ — يُضبط بمقاومة واحدة، فتناسب الوحدة نفسها خلية حمل أو مزدوجاً حرارياً أو إشارة حيوية.

• استهلاك منخفض جداً — نحو ٥٠ ميكرو أمبير في السكون، مناسب للأجهزة العاملة بالبطارية.

• خرج من طرف إلى طرف — يستفيد من كامل مدى الخرج المتاح.

• تغذية مفردة — دون حاجة لخطوط مزدوجة، فالمنظّم المدمج يتولى التحويل من ٥ فولت.

• واجهة بسيطة بخمسة أطراف — تغذية وأرضي ومدخلان تفاضليان وخرج تماثلي واحد.

الاستخدامات

• تضخيم خلايا الحمل ومقاييس الانفعال

• تكييف إشارات المزدوجات الحرارية وحساسات RTD

• ربط حساسات الضغط والقوة

• قياس حساسات الجسر

• تضخيم إشارات EMG و ECG (للبحث والتعليم — راجع قسم السلامة)

• تكييف إشارات الحساسات الصناعية

• مقدمات أنظمة تسجيل البيانات

• أجهزة القياس الدقيقة

• الأجهزة المحمولة العاملة بالبطارية

التوصيلات

VCC    : دخل التغذية ٥ فولت
GND    : الأرضي
VIN+   : المدخل التفاضلي الموجب
VIN-   : المدخل التفاضلي السالب
OUT    : الخرج التماثلي المضخَّم

ضبط الكسب

يُحدَّد الكسب بمقاومة واحدة بين طرفي ضبط الكسب، وفق المعادلة: الكسب = ١ + (١٠٠ كيلو أوم ÷ RG):

RG مفتوحة            ->  الكسب = ١
RG = ١٠٠ كيلو أوم     ->  الكسب = ٢
RG = ١٠ كيلو أوم      ->  الكسب = ١١
RG = ١ كيلو أوم       ->  الكسب = ١٠١
RG = ١٠٠ أوم         ->  الكسب = ١٠٠١

تحقق مما إذا كانت وحدتك تحتوي مقاومة ثابتة أو مقاومة متغيرة أو نقاط لحام لتركيب مقاومتك، فهذا يختلف بين نسخ اللوحة ويحدد ما إذا كان الكسب قابلاً للضبط لديك.

السلامة: التوصيل بجسم الإنسان

يسوّق اسم المنتج لاستخدام الوحدة مع الإشارات الحيوية، وهي تُستخدم فعلاً في تجارب EMG و ECG. لكن توصيل أقطاب بجسم إنسان ليس كتوصيلها بحساس، وما يلي ليس اختيارياً:

• استخدم التغذية بالبطارية فقط. لا تشغّل الوحدة، ولا المتحكم الموصول بها، من مصدر تغذية متصل بالشبكة أو محوّل جداري أو حاسوب موصول بالكهرباء. فالحاسوب المحمول العامل ببطاريته ومفصولاً عن الشاحن مقبول، أما الحاسوب نفسه أثناء الشحن فلا.

• هذه الوحدة لا توفّر أي عزل للمريض. فالأجهزة الطبية تستخدم عزلاً ضوئياً أو بمحوّلات بين المريض وكل ما عداه، وهذه اللوحة لا تحتوي شيئاً من ذلك. وهذا العزل هو ميزة السلامة، وهو غائب هنا.

• هذا ليس جهازاً طبياً. فهو غير معتمد وغير مختبر للاستخدام السريري، ولا يجوز أن يُبنى على ما يعرضه أي قرار صحي. وإن بدا شيء مقلق في الإشارة فراجع طبيباً ولا تفسّرها بنفسك.

• لا تستخدمها مع أي شخص يحمل منظّم ضربات قلب أو مزيل رجفان مزروع أو أي جهاز كهربائي مزروع.

• استخدم أقطاباً طبية أحادية الاستعمال مناسبة، لا أسلاكاً عارية أو صفائح معدنية على الجلد.

• أشرف على أي استخدام في بيئة تعليمية، وأبقِ سلسلة الإشارة بأكملها معتمدة على البطارية.

وفي المشاريع التي يكون هدفها تعلّم سلسلة الإشارة لا القياس السريري، تسهل تلبية هذه الشروط. تعامل معها كمتطلبات لا كاقتراحات.

ملاحظات التصميم للإشارات الواقعية

مضخم القياس وحده ليس دائرة ECG أو EMG كاملة. فأقطاب الجلد تولّد إزاحة تيار مستمر — جهد نصف الخلية — قد تبلغ عشرات أو مئات الملي فولت، أي أكبر بكثير من الإشارة الحيوية نفسها. وعند الكسب العالي تُشبع هذه الإزاحة المضخم فلا ترى شيئاً مفيداً. فالمقدمة العاملة للإشارات الحيوية تحتاج ترشيحاً يمرر الترددات العالية قبل المضخم أو حوله لإزالتها، وترشيحاً يمرر الترددات المنخفضة بعده، وغالباً قطب مرجع مدفوع لتحسين رفض الإشارة المشتركة. خطط لهذه المراحل بدل توقع إشارة نظيفة من الوحدة وحدها.

التشغيل بتغذية مفردة يحتاج مرجعاً في منتصف الخط. فمع خط ٣٫٣ فولت مفرد لا يستطيع الخرج النزول تحت الأرضي. وللإشارة التي تتجه موجباً وسالباً — كما تفعل الإشارات الحيوية وكثير من حساسات الجسر — يجب تحييز طرف المرجع إلى منتصف الخط ليستقر الخرج عند نحو ١٫٦٥ فولت دون إشارة. تحقق مما إذا كانت لوحتك توفّر هذا التحييز أم يجب أن توفّره أنت.

درّع أسلاك الدخل واجدلها. فرفض الإشارة المشتركة ممتاز، لكن المضخم لا يرفض إلا الضجيج الواصل إلى المدخلين بالتساوي؛ أما الالتقاط غير المتماثل فيُضخَّم مع إشارتك.

حافظ على تماثل ممانعة المصدر بين المدخلين، وإلا تدهور رفض الإشارة المشتركة مهما كان المضخم جيداً.