Hallo, seit Jahren stoße ich immer wieder auf dieses Forum wenn ich mal ein Problem habe und finde auch meistens eine Lösung. Deshalb erstmal ein herzliches Dankeschön an alle aktiven Forenmitglieder, die ihre Zeit dafür aufopfern, um Probleme anderer zu lösen ;) Wer bin ich: Ich studiere momentan Informatik, habe aber nur mäßige Elektrotechnikkenntnisse. Alles was ich weiß habe ich mir selbst in meiner Freizeit angeeignet denn leider sieht unser Lehrplan keine(!) E-Technik Vorlesungen vor. Was habe ich vor: Ziel ist die Stimulation von Nerven/Muskeln im Finger, um unterschiedliche Empfindungen bei einer Person auszulösen. Das heißt durch das Variieren von Frequenz, Spannung und Impulsfolgen soll Strom "fühlbar" gemacht werden. Hierzu würde ich gern Spannungen bis zu 120V DC erzeugen und sie (zwecks Vorbeugung von Elektrolyse) in ein biphasisches Rechtecksignal umwandeln. Konkret heißt das, dass ich später zwei Elektroden am Finger befestige, und sich deren Polarität permanent wechselt (mal liegt links eine Spannung von 120V an, mal rechts). 1. Frage: Nach meinem Verständnis sollte diese Vorgehensweise doch die Elektrolyse verhindern - oder sehe ich das falsch? Um nun solch hohe Spannungen mit weniger als 1mA zu erzeugen, habe ich mir überlegt eine Ladungspumpe inkl. Kaskade zu bauen (siehe linke Seite auf Bild). Als Eingangsspannung steht mir ein Step-Up-Converter mit einer Ausgangsspannung von 4V - 35V und max. 3A zur Verfügung. Meine Idee war es , diese Spannung mithilfe eines NPN Transistors (gesteuert durch Arduino Uno oder NE555 mit Frequenz größer 2kHz) in jeder Kaskade raufzuaddieren. 2. Frage: Würde das so funktionieren, wie es auf dem Schaltplan skizziert ist? Angenommen die Ladungspumpe funktioniert und der Elko C1 lädt sich langsam auf. Ich hatte mir nun überlegt wie ich die Polarität an den Elektroden ändern kann. Dabei bin ich auf die Schaltung gestoßen wie sie rechts im Bild zu sehen ist. Die Idee dahinter ist, dass der uC zwei Rechtecksignale erzeugt, wobei das zweite um genau eine Phase verschoben ist. Das heißt die Signale würden sich normalerweise neutralisieren. Dementsprechend werden dann nur Q2 und Q3 oder aber Q4 und Q5 gleichzeitig geschalten. 3. Frage: Geht das auch einfacher? Zwar funktioniert es aber ich habe das Gefühl ich habe mit dieser 4-Transistorschaltung das Rad neu erfunden ;) 4. Frage: Der Widerstand des Körpers bzw. der Haut ist ja stark abhängig von vielen unterschiedlichen Faktoren. Wie kann ich gewährleisten, dass max. 1mA Strom durch den Finger gehen? Macht man das allein über die Basiswiderstände der Transistoren? Ist das zuverlässig? 5. Frage: Ich konnte bisher nur Spannungen von 45V erzeugen, habe jedoch auch bei 45V nichts gespürt. Durch Messung des Spannungsabfalls bin ich auf einen Hautwiderstand von 330kOhm am Finger gekommen. Damit ergeben sich ca. 0,13mA. Bei 120V wären das dann 0,36mA. Meint ihr, dass diese Stromstärke ausreicht um ein kribbeln oder ähnliches zu erzeugen? Ich möchte eigentlich nicht höher als 120V gehen - das bewegt sich dann in Bereichen, wo ich der Auffassung bin, dass sich jemand mit entsprechender Ausbildung darum kümmern sollte. Gruß Sebastian
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1.) Also der rechte Schaltungsteil funktioniert so NICHT! Du kannst die Transistoren auf der hohen +Spannung nicht mit 5V-Pegel ansteuern. 2.) Falls du wirklich bis zu 120V willst, ist die Spannungsvervielfachung zu umständlich - dann ist ein Sperrwandler mit einem kleinen Trafo besser. Ermittle zuerst einmal, wieviel Spannung du maximal wirklich brauchst. Notfalls kann man den Finger feucht machen, dann reicht viel weniger Spannung. 3.) Wenn du mit einer Brückenschaltung die Spannung umpolen willst, brauchst du ein Brücken-Treiber-IC, das die Spannung kann. Lässt sich mit µC ansteuern. ODER (besser) Du baust 2 Sperrwandler und steuerst abwechselnd einen der beiden Schalttransistoren an - ergibt +Seite des Fingers. Der Sperrwandler ergibt automatisch eine (Konstant-)Stromquelle. Der Ausgangsstrom ist dann proportional zur Einschaltdauer des Schalttransistors. Das waren jetzt mal die groben, prinzipiellen Hinweise...
Hey Alex, danke für die zügige Antwort. > 1.) > Also der rechte Schaltungsteil funktioniert so NICHT! > Du kannst die Transistoren auf der hohen +Spannung nicht mit 5V-Pegel > ansteuern. Was genau meinst du mit "der hohen +Spannung"? Und warum geht das nicht mit dem 5V Pegel wenn beim NPN die Basis Emitter Spannung bei 5V liegt? Oder wolltest du darauf hinaus, dass meine vermeintliche Brückenschaltung falsch aufgebaut ist, da ich unter anderem anstelle der PNP Transistoren bei Q3 und Q5 die NPN Transistoren platziert habe? > 2.) Falls du wirklich bis zu 120V willst, ist die > Spannungsvervielfachung zu umständlich - dann ist ein Sperrwandler mit > einem kleinen Trafo besser. Ermittle zuerst einmal, wieviel Spannung du > maximal wirklich brauchst. Ich will keineswegs Spannungen erzeugen, die von Probanden als unangenehm empfunden werden. Leider hab ich momentan nicht die Möglichkeit, diese Grenze zu ermitteln. Das heißt ich habe gerade keine Spannungsquelle zur Hand, die mehr als 50V DC liefert :/ Die Idee mit dem Sperrwandler klingt aber gut und ich denke ich werde mich mal diesbezüglich einlesen. > Notfalls kann man den Finger feucht machen > dann reicht viel weniger Spannung. Leider ist das keine Option da die Messungen über mehrere Minuten gehen sollen. Ich könnte mir höchstens in Salzlösung getränkte Stoffe o.Ä. vorstellen. > 3.) Wenn du mit einer Brückenschaltung die Spannung umpolen willst, > brauchst du ein Brücken-Treiber-IC, das die Spannung kann. Lässt sich > mit µC ansteuern. Endlich habe ich für mein wüstes Konstrukt einen Namen. Wie in 1.) zu erkennen habe ich sie aber falsch aufgebaut. Das mit dem Treiber IC ist ein guter Tipp. Aber soweit ich das verstanden habe ist solch ein Treiber nur zur korrekten/vereinfachten Ansteuerung der Transistoren in der Brücke zuständig...oder umfasst er auch die Schaltung der Brücke samt Transistoren? Fahre ich nicht besser wenn ich die Brücke selber aufbaue und mit dem uC direkt ansteuere? So kann ich alles selber regeln (z.B Impulsfolgen oder unterschiedliche Frequenzen). Letztendlich läuft ja auch keine Leistung über die Brücke da ich ja max eine Stromstärke von 1mA erzeugen möchte - ich will ja keinen Motor damit ansteuern. Gruß Sebastian
Wieso liest du dich nichtmal in das Thema ein? Es gibt einen ganzen Haufen Publikationen zur Elektrostimulation von peripheren Nerven, ob nun sensitiv oder für Muskeln macht da keinen großen Unterschied. Am besten wäre es du suchst bei Google Scholar nach Neurofeedback für Prothesen und ähnliches, da ist oft die ganze Endstufe dabei. Allgemein wirst du ohne entsprechende Vorkenntnisse nicht weit kommen. Aus Erfahrung kann ich dir aber sagen, dass du für sensorische Reize nicht mehr als 30V Amplitude brauchen wirst, das verursacht schon ordentliches Schmerzempfinden bei neuromuskulärer Stimulation und die wenigsten Patienten machen da noch mit. Solange du keine echten Elektroden nutzt, lass dir auch keine Konstantstrom-Stimulation einreden. Die ist zwar besser, weil gleichmäßiger, kann aber bei schlecht geklebten Elektroden ziemliche Hautreizungen/Verbrennungen verursachen (bei entsprechend starker Quelle). Ah und fast vergessen: UNBEDINGT FÜR GLEICHSTROMFREIHEIT SORGEN! Du brauchst nach der Endstufe einen Übertrager oder Koppelkondensatoren, sonst hast du schneller eine Hautschädigung als du schauen kannst. Ladungsausgleich ohne diese Mechanismen sind schwer bis gar nicht zuverlässig hinzukriegen und definitiv nichts für Spielereien.
Bipolare 18 V ziehen schon anständig durch. Das tun schon 2 9 V-Blocks und ein paar Tristate-CMOS-Treiber (z.B. 40098) Über den Tristateeingang kann man im übrigen gut die Pulslänge steuern. Wie das die Medizintechniker hier so sehen weiß ich aber nicht. Das mit den Hautreizungen/Verbrennung bei schlecht kontaktierenden Elektroden kann ich aber durchaus bestätigen. Mit gesteuerten Stromquellen die bei steigenden Kontakt-/Hautwiderständen die Spannung erhöhen ist es besonders gefährlich.
Hallo, danke für eure Antworten! Sie haben mich dazu bewegt meine Testschaltung nochmal aufzubauen und dieses mal habe ich sie mit kleinen Elektroden getestet (erstmal nur selbst zusammengeschuster aus Kupferfilm und etwas in Salzlösung getränkter Stoff). Sie haben den Hautwiderstand so drastisch gesenkt, dass bereits ab 20V der Strom zu "spüren" war. Ich habe mir jetzt ein Limit von 50VDC gesetzt und werde, wie ursprünglich geplant, die Pole über eine Brückenschaltung periodisch wechseln um den Prozess der Elektrolyse zu verhindern. Ich überlege noch ob ich einen fertigen IC dafür nehme oder die Schaltung selbst aufbaue (angelehnt(!) an http://dieelektronikerseite.de/Pics/Lections/H-Bruecke%20-%20Die%20Andersherum-Schaltung%20S07.GIF). Durch den Selbstbau hätte ich die größten Freiheitsgrade was die Impulsform angeht. Zusätzlich werde ich einen Stromsensor verbauen um die Stromstärke zu begrenzen. Vermutlich werde ich auf etwas wie http://www.watterott.com/de/INA169-Analog-DC-Current-Sensor-Breakout zurückgreifen. Er hat eine Auflösung von 1V/1A - also 1mV pro 1mA. Gruß Sebastian
Ok, ich hoffe es bleibt bei Selbstversuchen, weil damit kannst (und wirst) du Leute ordentlich verletzten.
120V DC ? Ernsthaft ? Wenn der Finger mal "kribbeln" soll reichen 50V AC über Sperrwandler an 9V-Block dicke aus. Was ist mit der Strombegrenzung ? Und vor allem was soll das überhaupt werden ? Und Du solltest Dir mal die Vorschriften für medizinische Produkte ansehen !
Hey Michael, vielleicht beruhigt dich es ein wenig wenn ich dir schreibe, dass ich zwar die Schaltung auf 50V auslege, sie aber nur mit max. 35V vorerst betreibe - ich denke das wird auch ausreichen. @cppler: Die meisten Fragen/Anmerkungen kannst du selbst beantworten, wenn du dir die vorherigen Beträge durchliest ;) Gruß Sebastian
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