电流和电极零偏,包含串联电阻补偿电路、快电容补偿电路和慢电容补偿电路等补偿电路。
根据实验的需要,膜片钳放大器电路的具体框图如图2.2所示。
为了实现对放大器的数字控制,放大器中配以大量的模拟开关和模拟多路选择器实现计算机控制的测量功能和量程的切换,并使用了乘法式数模转换器 multiplyingdigital-analog converters mDAC AD756418来取代传统膜片钳放大器中使用的可调电位器1922。
其等效电阻可由下式确定: Req R × 4096 N 2.1 其中 N 为控制码(0 ≤ Nlt212),通过设置适当控制码,就能实现电阻参数的数字控制。
为了对各个模块分别进行测量校准,系统电路中插入5个测试信号注入点T1T5和16个响应信号监测点M1M16。
6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 图2.2 膜片钳放大器框图2.3 数据采集系统 膜片钳放大器系统采用的是基于 USB 接口的实验控制和数据采集器。
其中数据采集器为 12bit 分辨率的 ADC,采样率为 1k350kHz,能够保证采样点上具有 212 (4096)个电压离散值,可以满足电压范围为±10V 的信号输入。
支持同步(采集和发送刺激信号同时进行)、采集(只采集数据)和刺激(只发送刺激信号)三种模式,实现刺激信号输入(对膜片钳放大器而言)和响应检测,并通过逻辑控制模块发送控制字控制膜片钳放大器的 mDAC、模拟开关和多路选择器,实现对放大器进行数字控制2324。
2.4 控制与处理软件 计算机及实验软件主要实现对实验的自动控制,包含数据采集与分析、数据存储和硬件控制等功能。
在电生理实验中,实验员可以操作电脑进行全自动快、慢电容补偿、全自动校准和测试等操作,可以保存获得的实验数据,观察波形,对数据进行分析等。
7 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 图 2.3 膜片钳实验软件结构 其中 PC3 Panel 是全自动膜片钳控制面板模块,控制膜片钳实验的具体实验过程和设置。
PC3 Cal 是全自动膜片钳的校准模块,测量膜片钳中相关的参数,并生成数据表,重新初始化放大器,以备膜片钳工作中计算使用。
PC3 Test 是全自动膜片钳的测试模块,测量膜片钳中相关的参数、零偏、增益及噪声等量,以判断膜片钳是否正常工作并找出故障点。
MC Panel 是膜电容测量设置模块,设置膜电容中相关的参数。
PC3 Scale 模块存储全自动膜片钳的相关参数。
PC3 Set 模块用来设置膜片钳中具体的开关和 mDAC 的值。
PC3 Data Exchange 是数据交互模块,处理不同实验模式对应的刺激信号和响应信号的处理。
实验人员只需要在用户交互界面进行操作,就可以实现对硬件电路、数据采集系统等模块进行操作从而完成实验25。
2.5 小结 本章主要介绍了全自动膜片钳放大器系统原理,包括其硬件系统结构和软件系统结构,为后面几章中详细分析全自动膜片钳放大器的自动校准和自动测试的方法和设计打下了基础。
8 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 膜片钳放大器的自动校准3.1 引言 膜片钳放大器是一种精密仪器但其元器件如探头反馈电阻、电流注入电容、输出放大电阻等本身的离散性和分布参数对电路有很大的影响,严重地影响了实验的精度,必须对膜片钳放大器进行校准。
每一台新的膜片钳放大器在使用前都应先对膜片钳放大器硬件电路的电气特性进行校准,校准后的参数将以数据文件的形式保存起来以便系统软件在实验时调用,同时用新的校准参数对放大器初始化。
另外在平时使用过程中发现硬件出现问题时,如放大器的频响不精确或零偏不能忽略时,也应对放大器重新进行校准。
膜片钳放大器软件结构图如图2.3所示。
由图可知,PC3Cal是全自动膜片钳的自动校准模块,校准部分除了个别步骤需要人机交互外都实现了自动化。
对于实验人员来说,只需要用鼠标按下一个按键,即可在较短时间内对膜片钳放大器进行校准。
本章将详细介绍全自动校准程序的内容和方法,并结合几个重要的模块作具体分析。
3.2 自动校准内容和方法 膜片钳放大器的自动校准是要在允许误差范围内获取系统的参数。
为了避免电路之间信号的影响,首先要保证模块之间的独立性,通过设置适当的开关或控制码将被校准的电路模块独立;其次由于放大器的各参量之间有先后逻辑关系,所以应当注意校准参量的顺序。
将校准的流程归纳如.
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