¿Cuál es el papel de los diodos en el acondicionamiento de señales de sensores de dispositivos médicos?

1, fotodiodo: el "traductor de señales ópticas" para la monitorización de signos vitales
Los fotodiodos convierten señales ópticas en señales eléctricas a través del efecto fotoeléctrico de las uniones PN y se usan ampliamente en dispositivos médicos para monitorear la saturación de oxígeno en sangre, detección de ondas de pulso, imágenes endoscópicas y otros escenarios. Sus principales ventajas se reflejan en tres aspectos:

Respuesta espectral de alta sensibilidad
Tomando como ejemplo los fotodiodos basados ​​en silicio-, tienen características de respuesta lineal en el rango de longitud de onda de 400 a 1100 nm, cubriendo exactamente el pico de absorción de hemoglobina (940 nm) y el pico de absorción de hemoglobina oxigenada (660 nm). A través de la tecnología de detección de longitud de onda dual, la saturación de oxígeno en sangre (SpO ₂) se puede calcular con precisión con una tasa de error controlada dentro de ± 2 %. Cierta marca de oxímetro portátil adopta fotodiodos tipo PIN, que pueden mantener una respuesta de 0,1 μ A/lux en condiciones de poca luz, lo que garantiza la precisión del monitoreo nocturno.
Capacidad de respuesta dinámica rápida
En la detección de ondas de pulso, los fotodiodos necesitan capturar cambios de nivel de milisegundos en las señales de los latidos del corazón. Los fotodiodos de avalancha (APD) acortan el tiempo de respuesta a nanosegundos mediante el efecto de multiplicación de avalancha interna y, con la ayuda de un circuito amplificador de transimpedancia, pueden reproducir claramente el flanco ascendente y las características de las ondas de pulso y las ondas de pulso intensas. Cierto monitor de presión arterial dinámico utiliza una matriz APD para lograr una adquisición sin distorsión de la forma de onda a una frecuencia de muestreo de 200 Hz.
Diseño de estructura antiinterferencias.
Las lámparas fluorescentes y las fuentes de luz LED en entornos médicos pueden generar interferencias de frecuencia eléctrica de 50 Hz. Al integrar filtros ópticos dentro del paquete de fotodiodos, las señales ópticas de longitud de onda no objetivo se pueden suprimir de manera efectiva. Cierto tipo de endoscopio médico adopta una tecnología de recubrimiento multi-capa, que aumenta la transmitancia de la luz visible al 95 % y al mismo tiempo suprime la interferencia infrarroja por debajo de -40 dB.
2, diodo Zener: la "válvula de seguridad" del suministro de energía médica
Los equipos médicos tienen requisitos estrictos para la estabilidad eléctrica. El circuito regulador de voltaje de precisión construido mediante la característica de ruptura inversa del diodo regulador de voltaje juega un papel clave en los siguientes escenarios:

Sistema de protección de batería de litio.
Cuando los dispositivos médicos portátiles, como los desfibriladores y los ultrasonidos portátiles, funcionan con baterías de litio, es necesario evitar daños a las baterías causados ​​por la sobrecarga o descarga excesiva. El diodo regulador de voltaje de la serie MMSZ5231B, con características precisas de regulación de voltaje de 3,3 V ± 0,05 V y un chip de gestión de carga, controla las fluctuaciones de voltaje de la batería dentro de ± 0,1 %. Después de adoptar esta solución, el ciclo de vida de la batería de un determinado dispositivo DEA se ha ampliado a más de 2000 veces.
Fuente de alimentación de circuito analógico de alta precisión.
En dispositivos como electrocardiógrafos y electroencefalógrafos, los circuitos frontales analógicos-son sensibles al ruido de la fuente de alimentación. El regulador de voltaje de bajo ruido- de la serie BZX85C utiliza tecnología de control de coeficiente de temperatura de 0,01 μ A/grado para suprimir la ondulación de energía por debajo de 50 μ V dentro del rango de funcionamiento de -20 grados a+85 grados, lo que garantiza una relación señal-ruido (SNR) mayor o igual a 60 dB para la adquisición de señales bioeléctricas.
Diseño de fuente de alimentación aislada de grado médico.
En entornos con fuertes interferencias electromagnéticas, como quirófanos, el terminal de salida del transformador de aislamiento debe estar equipado con un circuito de abrazadera construido con un diodo regulador de voltaje. Una determinada fuente de alimentación de aislamiento médico adopta una matriz de diodos reguladores de voltaje bidireccional para limitar el voltaje de interferencia de modo común dentro de ± 60 V, cumpliendo con los requisitos de la norma de seguridad eléctrica médica IEC 60601-1.
3. Aplicaciones innovadoras en circuitos de acondicionamiento de señales.
Circuito de protección limitadora
En el circuito de accionamiento de la sonda ultrasónica, el diodo interruptor de alta-velocidad 1N4148 forma una red limitadora bidireccional, que limita la sobretensión transitoria dentro de ± 5,7 V para proteger el transductor cerámico piezoeléctrico del impacto del pulso. Después de adoptar esta solución, la tasa de falla de la sonda de un dispositivo de ultrasonido portátil disminuyó en un 80 %.
Circuito de amplificación logarítmica
En un analizador de inmunoensayo de fluorescencia, la señal de salida del fotodiodo está relacionada logarítmicamente con la intensidad de la fluorescencia. El amplificador logarítmico construido con diodo Schottky BAS70 extiende el rango dinámico a 10 ⁶, logrando una detección de sustancias traza a nivel de pg/mL. Después de adoptar esta tecnología, el límite de detección de cierto tipo de detector de quimioluminiscencia superó los 0,1 pg/ml.
Red de compensación de temperatura
En un termómetro infrarrojo, un termistor y un diodo regulador de voltaje tipo 1N4728A forman un circuito de compensación de temperatura, que anula la influencia de la temperatura ambiente en el sensor infrarrojo a través de características no lineales. Después de adoptar este esquema, una determinada pistola de temperatura del oído puede controlar el error de medición dentro de ± 0,2 grados a una temperatura ambiente de 10 grados a 40 grados.