Lappの覚え書き
過去ログ27
2022/12/22 14:46
▼Tessho20221222今日は12月22日。2が多い。今日は「冬至」。一般の「記念日」は無いようだ。当時にぶつける記念日は
一般には作らないみたいだな。 その冬至は1年がぴったり365日ではないので，1日ズレることはあるようだ。
で，今日の日付を西暦から打っていくと「20221222」となって，「おやっ，２が並ぶねえ」
と思った次第。まあ，「ただーそれだけ〜〜」なんだが・・・
（2月22日のほうが「20220222」で0と2だけになるから，まあこの日に話題にするかな）
▼Lappオシロの入力抵抗は1MΩだった下の昨夜の実験で，「ちょっとよいオシロで観測しないと，上記の様子は記録できない」
と言ったのだが，原因はオシロの表示性能ではなく，オシロの入力抵抗の影響だった。
今朝，朝飯を食いながら，ハッと脳内ランプが光った。オシロを繋げた瞬間，状態が
変わって「回路が動作停止」になったのでは？と思って思い巡らし，思いついた。
さっそくLTspiceで確かめた。（電池オシロの入力抵抗は１MΩだった。）
図１はシュミットのペーシングパルス発生回路部分だが，従来の上向きパルス発生回路
である。上はオシロを繋がない状態，下はVcを観測するためにオシロを繋いだ状態。
前に実機でVcを観測していた時は，「見えてる波形が回路の波形だ」と思っていたんで
あまり周期のことなど考えず，三角の波が見えて「納得」していたんだが，図１見て愕然。
「私は『真実』を見ていない！」と。図１の場合は，オシロを繋いでも，発振中のVc
を観測できることがわかるが，オシロ無しで周期=895ms，オシロ有りで周期=446msと
オシロを繋げると，周期が半分（発振周波数が2倍）になることが分かった。
今度は，下向きパルス（5V→1Vパルス）のシミュレーションをして見た。結果は図２に
示すような「衝撃の事実」。図２はダイオードを逆向きにして出力に下向きのパルスが
発生する回路だが，上はオシロを繋がない状態，下はVcを観測するためにオシロを
繋いだ状態は図１と同じである。オシロを繋がない状態では，キチンと発振しており
周期=895msと図１の上の状態と全く同じである。周期はほとんどC1R2の時定数で
決るので当たり前と言えば当たり前である。衝撃は下である。オシロを繋いだ瞬間，
波形は消失する。すなわち，発振しないのである。道理で「実機で観測できない！」
わけだ。さて，この現象の理由を考えるのだが，長くなるので「今日の話はまた明日！」。
（PS:皆さんも理由を考えてください。電子工学的「頭の体操」です。難しくはない。）
▼TesshoSchmitt Pacemakerのデマンド機構を考える２図１は“1st demand pacemaker”の発振時のコンデンサ―C1の電圧Vcの波形である。
Q1のコレクタ（PUTのゲートに相当）の電圧4.5V(Vcc=9VをR3,R4で2分割した電圧)
にQ2のベース・エミッタ電圧0.6V程度を足した振幅で上下(上5V，下１V程度)している
のが分かる。図２はデマンド機構が動作する時のVc波形（5秒後以降はR波によって
ショートされる）である。Vcはショートされた瞬間ゼロになり，その後充電されていくが，
PUTがonになる前にショートされるので，PUT発振器は発振できない。で，出力は
出なくなる（「inhibitされた」という）。
（ただ，ペーシングパルス発生時のVcの最低値0.9Vとデマンド作動時の最低値0Vは
ほゞ同じであるのがわかる。←このことの意味は，後で明らかになる。）
さて，この予備知識をもとに，Schmitt de PacemakerのVc波形を見てみると，図３の
ように，発振している時は， C1の電圧Vcはヒステリシスの範囲で上下する（74HC14の
場合は2.5V±0.5Vの範囲）ので，Vcは図左の赤波形のようになる。この波形の，
high→lowの遷移領域でパルスを発生している。
図４はデマンド機構をつけたSchmitt de Demand Pacemakerの回路図であるが，ここに
途中から，ペーシングレートより早い周期の心電図が入力した場合，C1はリセットされ，
Vcはゼロになる。発振時の2V→3VのVc波形とは大きく異なる（ここがPUT pacemaker
と大きく違うところである）。このことの弊害を考えてみる。
図５は，5秒後に速い心電図が入力し，さらに10秒後にその心電図が消えた場合を想定
したDemand Pacemakerの応答である。波形の一番上は，ペーシングパルスと心電図を
重ねて表示してあるのは，このレートで心臓は鼓動し拍出していることを意味している。
この波形を見ると，10秒後に心電図が消えて，本来のペーシングパルスが回復するまで
の時間が，それまでのペーシング間隔より長く(2秒位)，心臓の休止時間が長くなるという
問題が生じる。これは，中段のVc波形で，心電図でゼロにリセットされたC1電圧Vcが
Schmittが発振するレベルまでにC1R2(s)の時定数で上昇していく時間で，これが通常
発振の周期の2倍ほどかかってしまうためである。このことを解決した回路が図６である。
図６ではリセット用のトランジスターQ2に直列に放電抵抗R6を入れて，ゆっくり放電
すると，心電図R波パルスで放電された時，Vc=2V付近になるように調整して，ペーシング時
と同じ状態にすると，心電図が消失したときに，前のペーシングレートでペーシングパルスが
発振されるようになるのである。
ちょっとペースメーカのマニアックな話になっているが，demand機構を考える上で，
大事な話なので，すこし詳しく話した。
Up 12/20 10:15