Indikátor lidského tepu.
Při řadě fyzických a psychických cvičení je nutné snímat frekvenci srdečního tepu. Nahmatání tepu je mnohdy obtížné a působí rušivě. Proto byl navržen tento přístroj, který snímá tep z prstu ruky a indikuje jej záblesky svítivé diody LED2 nebo akusticky. Ke snímání tepu je využito změny průsvitnosti prstu ruky v závislosti na množství krve, která jím protéká. Množství krve se mění v každém tepu a průsvitnost periodicky kolísá s tepovou frekvencí.Změna průsvitnosti prstu se vyhodnocuje optoelektronicky. Ve vzdálenosti 16 mm (5/8 palce) od sebe jsou na bříško prstu přiloženy svítivá dioda LED1 a fotorezistor R17. LED1 do prstu trvale svítí a fotorezistor mění svůj odpor v závislosti na množství světla, které prstem prochází. Optoelektrický snímač je zkonstruován jako světelně izolovaná komůrka, do které se zasune prst.V boku komůrky, kterého se dotýká bříško prstu, jsou umístěny LED1 a fotorezistorR17. Ostatní boky komůrky vymezují definovanou polohu prstu vůči optoelektronickým součástkám. Změna odporu fotorezistoru se zpracovává v elektronických obvodech a převádí se na optickou nebo akustickou indikaci. Celé zařízení je napájeno destičkovou baterií o napětí 9 V a je zcela neškodné a naprosto bezpečné. Schéma zapojení indikátoru tepu je na obr. 44. Napětí 9 V z destičkové baterieB1 se zapíná spínačem S1 a stabilizátorem IO1 se zmenšuje a stabilizuje na velikost 5 V pro napájení všech obvodů indikátoru. Přímo napětím 5 V se napájí dioda LED1, která svítí do prstu. Proud LED1 určuje rezistor R1. Napětí 5 V se dále přivádí přes rezistor R2 na fotorezistor R17, který snímá světlo prošlé prstem. R2 s R17 tvoří odporový dělič, jehož výstupní napětí (napětí na R17) záleží na velikosti odporu rezistoru R17, tj. na množství světla, prošlého prstem. Odpor fotorezistoru ve tmě je 500 kOhmů a při osvětlení se podstatně zmenšuje. Při snímání tepu je na R17 ss napětí řádu voltů, ke kterému je superponován tepový signál odpovídající kolísavému průchodu světla prstem - malé střídavé napětí tvaru zkreslené sinusovky, jehož kmitočet odpovídá frekvenci tepu.Tepové napětí je zavedeno přes vazební kondenzátor C5 do dvoustupňového nf zesilovače, který má celkové zesílení asi 2200. Jako aktivní prvky jsou v zesilovači použity operační zesilovače (OZ) IO1A a IO1B typu LM324. Zesílení jednotlivých stupňů je určeno zpětnovazebními děliči R4, R4 a R6, R5. Kondenzátory C2 a C3 zmenšují zesílení na vyšších kmitočtech, kondenzátory C4 a C6 zmenšují ss zesílení na velikost 1. Díky jednotkovému ss zesílení se ss složka výstupního napětí OZ rovná ss složce vstupního napětí a OZ pracují v lineární oblasti. Potřebná ss složka vstupního napětí, rovná polovině napájecího napětí OZ, se do vstupu 3 IO1A zavádí přes rezistor R9 ze zdroje předpětí +2,5 V. Zdroj předpětí je tvořen děličem R7, R8, který dělí napájecí napětí +5 V z IO1 na polovinu a sledovačem signálu s OZ IO1D, který zmenšuje vnitřní odpor děliče R7, R8.Z výstupu zesilovače 7 IO1B je tepový signál o rozkmitu jednotek voltů zaveden do komparátoru, který jej vytvaruje na pravoúhlý průběh, potřebný pro spouštění následujícího monostabilního klopného obvodu (MKO). Jako komparátor je využit OZ IO1C. Tepový signál se přivádí přes R12 na neinvertující vstup 10 IO1C. Děličem R13, R12 je zavedena kladná zpětná vazba, která vytváří hysterezi komparátoru nutnou pro zamezení zákmitů na hranách výstupního signálu. Rozhodovací úroveň komparátoru je určena velikostí napětí na invertujícím vstupu 9 IO1C. Rozhodovací úroveň a tím i citlivost indikátoru tepu se nastavuje trimrem R11, který je přes R10 připojen ke zdroji předpětí +2,5 V (k výstupu 4 IO1D).Vytvarovaný tepový signál z výstupu komparátoru spouští MKO s IO3 typu MC555C (CMOS), který přes spínací tranzistor T1 rozsvěcí indikační svítivou diodu LED2 nebo budí "pípák" pro akustickou indikaci (na schématu naznačen čárkovaně). MKO je v cestě signálu zařazen proto, aby trvání záblesků LED2 nebo akustických signálů bylo konstantní a nezávislé na tepové frekvenci. V popisovaném přístroji je zvoleno trvání záblesků okolo 0,1 s a je určeno časovou konstantou R15, C10. Součástky indikátoru jsou umístěny na dvou destičkách o rozměrech 75 ×× 40 mm s jednostrannými plošnými spoji. Jedna destička tvoří optoelektrický snímač, na druhé destičce jsou připájeny všechny zbývající součástky indikátoru. Při návrhu plošných spojů druhé destičky je nutno mít na zřeteli,že obsahuje zesilovač s velkým zesílením. Destička optoelektrického snímače nemá vyleptané žádné motivy plošného spoje, slouží pouze jako nosič optoelektronických prvků LED1 a R17. Souvislá plocha mědi je využita jako stínění citlivého vstupu indikátoru a musí být spojena se zemí elektronických obvodů. V podélné ose destičky je 6,35 mm (1/4 palce) od kraje vyvrtána díra pro LED1 a o 16 mm dále ke středu destičky je vyvrtána díra pro fotorezistor R17. Díry musí mít takový průměr, aby do nich bylo možno prvky ztuha zasunout. Do děr přilepíme LED1 tak, aby její přední stěna vyčnívala 3,2 mm nad stranu mědi a R17 tak, aby jeho světlocitlivý povrch byl 0,8 mm nad stranou mědi. K destičce připájíme tři obdélníkové kousky mědí plátovaného laminátu tak, aby okolo fotoelektronických prvků vytvořily ohrádku pro vymezení polohy prstu. Ohrádka je u kraje desky otevřená a je široká a vysoká asi 19 mm a má délku 32 mm. Obě destičky s plošnými spoji i napájecí baterii vestavíme do malé krabičky z černé plastické hmoty. Na horní stěnu krabičky připevníme indikační diodu LED2, na boční stěnu přišroubujeme spínač napájení S1. Destičku optoelektrického snímače připevníme pod horní stěnu krabičky tak, aby se ohrádka, připájená k destičce, horní stěny dotýkala. Tím vznikne komůrka pro prst. V ose komůrky vyvrtáme do boční stěny krabičky kulatou díru pro zasunutí prstu do komůrky. Díra nesmí být příliš velká, aby okolo prstu nevnikalo do komůrky falešné světlo. Při konstrukci též musíme zajistit, aby světlo z indikační diody LED2 nedopadalo na fotorezistor R17. Toho se dosáhne např. nabarvením spodní stěny diody LED2 černou barvou. Destičku s elektronikou propojíme co nejkratšími kablíky s optickými součástkami tak, aby při oživování indikátoru mohla být destička poněkud vykloněna z krabičky a byl přístup ke všem součástkám. Při oživování natočíme trimr R11 na maximální citlivost, tj. běžec směrem k rezistoru R10. Pro případné zmenšení citlivosti posuneme běžec směrem k zemi. Používání přístroje je velmi jednoduché. Zapneme napájení a do díry v boku krabičky zasuneme ukazováček tak, aby bylo jeho bříško přitisknuto na optoelektronické součástky. Po krátkém ustálení začne indikační dioda LED2 blikat v rytmu srdečního tepu. Frekvenci tepu zjistíme s pomocí hodinek spočítáním počtu bliknutí za jednu minutu.