Cơ sở lý thuyết chung về dao mổ điện cao tần

Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của các dạng dòng điện khác nhau a Cơ thể người có tính dẫn điện Như chúng ta đã biết, cơ thể người là một vật thể dẫn điện bởi sự có mặt củ

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO MỔ ĐIỆN CAO TẦN 1.1 PHẢN ỨNG CƠ THỂ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NHIỆT

ĐỘ

1.1.1 Những vấn đề cơ bản về sinh lý điện học tế bào

Mọi thực thể sống trên trái đất đều được cấu thành từ nhiều kiểu tế bào khác nhau Ở người, tế bào có đường kính thay đổi trong khoảng từ 1m cho đến 100 m, chiều dài từ 1mm đến 1m, độ dày của màng tế bào cỡ 0,01 m

Ở trạng thái nghỉ, phía bên trong màng tế bào tích điện âm và bề mặt ngoài của màng tích điện dương Sự phân bố không cân bằng điện tích này là kết quả của các phản ứng điện hoá Điện thế giữa hai lớp điện tích này được gọi là điện thế nghỉ, người

ta gọi trạng thái này của tế bào là trạng thái phân cực, điện thế nghỉ (điện thế phân cực) giữa hai bên màng tế bào khoảng -90mV

Khi tế bào bị kích thích, điện thế bên ngoài màng tế bào trở nên âm hơn so với điện thế bên trong màng tế bào và điện áp giữa hai bên màng tế bào lúc này vào khoảng + 20mV Quá trình chuyển từ -90mV lên +20mV gọi là quá trình khử cực (thực chất là sự khuếch tán ion qua màng tế bào) Quá trình tái cực (quá trình phục hồi) diễn ra sau một khoảng thời gian ngắn khi quá trình khử cực kết thúc để đưa tế bào về trạng thái ban đầu ổn định (trạng thái nghỉ) Dạng sóng điện thế tế bào được biểu diễn trên hình 1-2 Quá trình khử cực được lan đi từ tế bào này sang tế bào khác cho đến khi toàn bộ các tế bào (cơ tim chẳng hạn) được khử rồi tái cực

Hình 1-1 Quá trình khử cực và tái cực của tế bào

Màng tế bào

Tái cực Khử cực

Hình 1- 2 Dạng sóng điện thế tế bào

1.1.2 Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của các dạng dòng điện khác nhau

a) Cơ thể người có tính dẫn điện

Như chúng ta đã biết, cơ thể người là một vật thể dẫn điện bởi sự có mặt của muối Natriclorure (NaCL) tồn tại dưới dạng ion (Na+; CL-) ở dịch trong và ngoài tế bào Nồng độ trung bình của NaCl là 7g/lít dịch

Trở kháng của các tổ chức trong cơ thể thay đổi tuỳ thuộc vào sự hoạt động, trạng thái của nó, vào sức khoẻ và tuổi tác của mỗi người Trở kháng đó có giá trị cỡ 350 với các tổ chức bên trong và cỡ từ 1 đến vài nghìn  với da

Nếu cho dòng điện đi qua một tổ chức nào đó trong cơ thể, sẽ xảy ra các hiện tượng cảm ứng sau đây:

 Hiện tượng cảm ứng nhiệt

 Hiện tượng cảm ứng điện

 Hiện tượng phân cực của các chất điện giải

Các phản ứng sinh học của cơ thể như kể ở trên hoàn toàn tuỳ thuộc vào đặc trưng, tính chất hay nói một cách khác là tuỳ thuộc vào các dạng khác nhau của dòng

điện

2s

Mức điện thế nghỉ

20 mV

Độ rộng nhỏ nhất của dòng kích thích để tạo

ra điện thế hoạt động

Khử cực

b) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện một chiều - Hiện tượng điện giải

Trong một số điều kiện nhất định, dòng điện một chiều khi đi qua cơ thể sẽ làm phân cực các chất điện giải như ion Na+, CL-… có trong dịch tế bào, kéo theo hàng loạt các phản ứng hoá học giữa các chất trong cơ thể, gây hoại tử các tổ chức

Dòng điện một chiều có cường độ đủ lớn có thể làm tê liệt hoàn toàn hệ thống thần kinh cảm giác và có thể gây ra các hội chứng co giật

c) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều tần

số thấp và tần số trung bình - Hiện tượng cảm ứng dòng điện

Nếu như ảnh hưởng của dòng điện một chiều lên cơ thể tuỳ thuộc vào cường độ của nó thì dòng điện xoay chiều, khi đi qua cơ thể, các cấp độ phản ứng sinh học phụ thuộc hoàn toàn vào tần số của dòng điện

Đối với dòng điện xoay chiều tần số thấp, trong khoảng tần số từ 0Hz đến 3000Hz sẽ kích thích các tế bào thần kinh Ngay cả khi cường độ dòng điện rất nhỏ cũng đủ để gây ra hội chứng co giật, rung thất làm tê liệt hệ thống thần kinh trung ương, rất nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong

Hình 1-3 Sự phụ thuộc của phản ứng sinh học vào tần số của dòng điện

Từ đồ thị (hình 1-3) cho thấy hiện tượng cảm ứng dòng điện là lớn nhất tại vị trí tần số f  50 Hz Hiện tượng này sẽ giảm dần trong dải tần số trung bình từ f  3000Hz đến 5000Hz

d) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều tần

số cao - Hiện tượng cảm ứng nhiệt

Đối với dòng điện xoay chiều tần số cao, tần số có giá trị từ 50.000Hz (50KHz) trở lên, khi cho đi qua cơ thể sẽ không gây ra hiện tượng cảm ứng dòng điện (rung cơ, rung thất…) và cũng không làm thay đổi trật tự trao đổi các chất điện giải tự nhiên trong cơ thể, không gây nên hiện tượng điện giải, nó chỉ có tác dụng làm nóng các tổ chức

Ta có thể cho dòng xoay chiều tần số cao với cường độ dòng điện lớn tới vài Ampe đi qua một tổ chức nào đó của cơ thể cũng không gây ra một phản ứng nào khác ngoài tác dụng làm nóng tổ chức đó lên mức độ cảm ứng nhiệt tuỳ thuộc vào độ lớn của nhiệt độ do dòng điện xoay chiều tần số cao (HF) sinh ra khi thâm nhập vào cơ thể

e) Hiệu ứng nhiệt Joule

Khi nghiên cứu về dòng điện, người ta thấy rằng: Nếu cho dòng điện đi qua một vật thể dẫn điện (cơ thể người cũng là một vật thể dẫn điện) thì dòng điện sẽ sinh ra một năng lượng làm nóng vật thể dẫn điện đó Năng lượng này được gọi là nhiệt năng

do dòng điện sinh ra Độ lớn của nhiệt năng được tính theo hai biểu thức sau đây:

E = Pt = Ri2 t (1.2)

Trong đó:

- P là công suất của dòng điện - đơn vị là W

- R là điện trở của vật dẫn - đơn vị là 

- i là cường độ dòng điện - đơn vị là A

- E là nhiệt năng do dòng điện sinh ra để làm nóng vật dẫn điện khi cho dòng điện đi qua trong một khoảng thời gian t

Biểu thức (1.1), (1.2) chính là nội dung của định luật Joule do nhà bác học Joule tìm ra

Cũng từ hai biểu thức trên ta thấy rằng: mức nhiệt độ (nhiệt năng E) nóng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào:

+ Trở kháng R của tổ chức

+ Cường độ dòng điện i

+ Thời gian t dòng điện đi qua tổ chức

1.1.3 Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của các mức nhiệt độ khác nhau

a) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 100 0 C

Ở những nhiệt độ lớn hơn hoặc xấp xỉ bằng 1000C, dịch tế bào sẽ tự bốc hơi Quá trình tự bốc hơi này diễn ra rất nhanh tạo nên một áp lực đủ lớn để phá vỡ mối liên kết giữa các tế bào, làm cho tổ chức bị tách ra Có nghĩa là ta đã thực hiện một vết cắt, rạch (Coupe or section) tổ chức đó

b) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 < 100 0 C

Ở mức nhiệt độ dưới 1000C, quá trình tự bốc hơi của dịch tế bào diễn ra từ từ Hơi nước của dịch tế bào thoát ra sẽ làm bề mặt các tế bào sát lại gần nhau hơn, kết dính hơn, có nghĩa là ta đã thực hiện làm đông (Coagulation or hemostat) tổ chức hay mạch máu đó lại

c) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 >>100 0 C

Ở mức nhiệt độ rất lớn (khoảng từ vài trăm độ trở lên) sẽ xuất hiện các tia lửa điện trong vùng tiếp xúc giữa tổ chức với đầu điện cực hoạt động, các tia lửa này sẽ đốt cháy thành than bề mặt tiếp xúc đó

Độ nông, sâu, kích thước của vết cháy đó tuỳ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa điện cực hoạt động và tổ chức, tuỳ thuộc vào khoảng cách (gần, xa) giữa đầu điện cực hoạt động và tổ chức

Ứng dụng chủ yếu của loại này dùng để tạo sẹo, đốt cháy một tổ chức dư thừa nào đó trên cơ thể trong các chuyên khoa sản phụ, tai- mũi- họng…

d) Dao mổ điện H.F (high frequency)

Qua những nghiên cứu ở trên ta thấy rằng:

Lợi dụng những đặc tính quý báu của dòng điện xoay chiều tần số cao

Khai thác những tác dụng của các mức nhiệt độ khác nhau lên cơ thể

Ứng dụng của hiệu ứng nhiệt Joule khi cho dòng điện HF đi qua cơ thể Căn cứ vào ba điều kiện trên làm cơ sở lý thuyết, khoa học cho việc thiết kế, chế tạo nên thiết

bị điện phẫu thuật cao tần (Hay còn gọi là dao mổ điện cao tần HF)

Vậy, dao mổ điện cao tần là một thiết bị phát ra dao động điện cao tần (có tần số

f 300KHz trở lên) nhằm để tạo ra các mức nhiệt độ khác nhau tác động lên một tổ chức nào đấy của cơ thể bệnh nhân nhằm để thực hiện các chức năng đối với một hay nhiều tổ chức nào đó của cơ thể

- Cắt (Section)

- Làm đông (Coagulation)

- Đốt cháy (Carbonisation)

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DAO MỔ CAO TẦN

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của dao mổ điện cao tần

Ta có thể mổ tả tóm tắt nguyên lý hoạt động của thiết bị như hình 1-4

Hình 1-4 Nguyên lý hoạt động của dao mổ điện cao tần

a) Nguyên lý hoạt động

Dao động cao tần từ máy phát đưa đến đầu điện cực hoạt động (A) Dòng điện được truyền theo hướng mũi tên đi qua tổ chức sinh học (B) của cơ thể tới điện cực trung tính C (hay còn gọi là Plaque) áp trên da bệnh nhân và sau đó đi qua dây dẫn trở

về máy phát tạo nên một chu trình khép kín của dòng điện

Thực hiện một trong các chức năng sau ở một vị trí nào đó của tổ chức:

- T0 là sự gia tăng của nhiệt độ tại vùng tiếp xúc giữa điện cực hoạt động và tổ chức trong một khoảng thời gian t

- I là cường độ dòng HF đưa tới điện cực hoạt động

- S là diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tổ chức và đầu điện cực

- Tỷ số I/S được gọi là mật độ dòng điện tại điểm tiếp xúc

- Từ biểu thức (1.3) ta thấy sự gia tăng của nhiệt độ T0 tỷ lệ thuận với mật độ dòng điện HF (I/S)

Khối phát sóng tần số cao

Bệnh nhân

B

C

A

b) Cấu tạo của điện cực hoạt động

Nếu I có giá trị không đổi thì khi đó T0 phụ thuộc hoàn toàn vào S Nhiệt độ

T0 càng lớn khi diện tích tiếp xúc S càng nhỏ (có nghĩa là: giảm diện tích bề mặt đầu điện cực hoạt động xuống) Điều đó lý giải vì sao điện cực hoạt động luôn có cấu tạo rất nhỏ (cỡ mm) Mặt khác, tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng, điện cực hoạt động sẽ có các hình dạng và kích thước rất khác nhau như hình dao, truỳ, pince, chữ U…

c) Cấu tạo của điện cực trung tính (plaque)

Điện cực trung tính thường là một tấm kim loại dẫn điện có kích thước (0,5 1)

dm2, lớn hơn rất nhiều so với điện cực hoạt động, nhằm để giảm đến mức thấp nhất sự gia tăng của nhiệt độ giữa bề mặt tiếp xúc của điện cực trung tính (plaque) với da bệnh nhân, tránh gây bỏng cho bệnh nhân

1.2.2 Các phương thức hoạt động - ứng dụng của dao mổ điện cao tần

Dao mổ điện HF có ba chế độ làm việc như sau:

a.1 Chế độ cắt đơn thuần (Section)

Hình 1-5 Chế độ đơn cực

+ Có khả năng tạo ra một năng lượng rất lớn để phá vỡ tế bào mà không làm đông khô chúng dưới một điện áp thấp (P lớn, U nhỏ), trong một khoảng thời gian rất ngắn

+ Trong quá trình cắt, điện cực hoạt động không tiếp xúc trực tiếp với tổ chức

mà thông qua các tia lửa điện Chỉ có những tế bào gần tia lửa điện mới bị phá vỡ hình 1-5

+ Chế độ cắt đơn thuần được sử dụng rộng rãi để cắt bỏ một tổ chức nào đấy ít chảy máu, trong trường hợp không thể dùng chế.1 Chế độ đơn cực (Monopolaire)

độ đơn cực cắt được

Hình 1-6 Chế độ đơn cực

Được sử dụng thường xuyên cho các loại phẫu thuật thông dụng

Dòng IHF tới điện cực hoạt động - bệnh nhân - điện cực trung tính - máy phát (hình 1-6)

a.2 Chế độ lưỡng cực (Bipolaire)

Điện cực hoạt động là 2 đầu của một pince kẹp, giữa chúng được hoàn toàn cách điện đối với nhau Dòng điện chỉ đi qua một phần rất nhỏ của tổ chức nằm kẹp giữa 2 điện cực (Hình 1-7a)

(c)

Hình 1-7 Chế độ lưỡng cực Trong phương pháp này công suất được tạo ra rất nhỏ so với phương pháp đơn cực vì thể tích của tổ chức mà dòng điện đi qua là rất nhỏ, do đó tiết kiệm được năng lượng (hình 1-7b)

Phương pháp này cho phép đạt được một độ nóng mong muốn trong một phạm

vi rất hẹp Chế độ lưỡng cực được sử dụng trong các phẫu thuật thần kinh, vi phẫu thuật kẹp mạch máu

b) Chế độ cắt hỗn hợp (Coupe mixte)

Để thực hiện một vết cắt hỗn hợp: cắt, cầm máu, cắt…

+ Biên độ IHF có dạng như trường hợp hình 1-8a và hình 1-8b trong đó dao động cao tần được điều chế thành những chùm xung đan xen giữa các tín hiệu dùng để cắt và cầm máu

+ Để tăng hay giảm bề dày phần làm đông K của bờ vết cắt, ta có thể thay đổi biên độ điện áp cắt hoặc thay đổi tốc độ cắt

+ Để thay đổi chu trình cắt hỗn hợp ta thay đổi khoảng cách giữa các chùm xung

+ Để thực hiện cắt hỗn hợp, ta dùng điện cực hoạt động hình lưỡi dao Chế độ cắt hỗn hợp được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của phẫu thuật

+ Hình 1-8a và hình 1-8b cho biết các dạng tín hiệu hỗn hợp để cắt và cầm máu

ở các mức khác nhau

+ Hình 1-8c cho biết chế độ cắt hỗn hợp bằng tia lửa điện Trong chế độ này, điện cực không tiếp xúc trực tiếp với tổ chức

c) Chế độ làm đông – cầm máu (Coagulation Hemostat)

+ Biên độ tín hiệu IHF có dạng là những xung được điều chế

Hình 1-9a cho thấy phương pháp làm đông khô tổ chức dùng tia lửa điện:

(a)

(b)

(c)

(a) Phương pháp làm đông khô tổ

chức bằng tia lửa điện

(b) Phương pháp làm đông khô tổ chức bằng tiếp xúc trực tiếp

Hình 1-8 Chế độ cắt hỗn hợp

Hình 1-9 Chế độ làm đông - cầm máu

1.3 CẤU TẠO CỦA DAO MỔ CAO TẦN

1.3.1.Sơ lược về dao mổ điện:

Dao mổ điện tần thực chất là một thiết bị tạo dao động cao tần với tần số f300KHz Trong thiết bị này thì đầu phát xung cao tần là các điện cực có hình dạng khác nhau phụ thuộc vào từng ca phẫu thuật Các thiết bị này không ngừng được cải tiến về mặt công nghệ, ngày càng hiện đại, hoàn chỉnh, đáp ứng nhu cầu sử dụng: Tiện lợi – Tiết kiệm – An toàn Cho tới nay, đã cho ra đời thế hệ thứ ba: dao mổ điện tử tần

số hoá

Mạch tạo dao động cao tần dùng bán dẫn

Để tạo dao động HF, người ta dùng một mạch tạo dao động HF công suất nhỏ, tín hiệu được khuếch đại ở mạch công suất và đưa ra sử dụng

1.3.2 Các khối chức năng cơ bản và hoạt động theo sơ đồ khối

a) Sơ đồ khối

Sơ đồ khối của dao mổ điện cao tần được chỉ ra trên hình 1-12, bao gồm: Bộ tạo dao động cao tần, bộ tạo chuỗi xung làm đông, bộ nhân, các chuyển mạch lựa chọn chế độ, các điện cực

b) Hoạt động theo sơ đồ khối

Bộ tạo dao động cao tần tạo ra các xung cao tần liên tục Trong chế độ cắt, các xung này được đưa qua chuyển mạch lựa chọn chế độ cắt/ làm đông rồi đến bộ khuếch đại công suất Năng lượng đầu của bộ khuếc đại công suất được đưa tới bệnh nhân

Khuếch đại công

Bệnh nhân

Điện cực hoạt động

Điện cực hồi tiếp

Làm đông

Cắt Tạo sóng

thông qua điện cực hoạt động Sau đó, năng lượng được hồi tiếp trở lại bệnh nhân qua điện cực hồi tiếp tạo thành một vòng khép kín

Trong chế độ làm đông, bộ tạo chuỗi xung làm đông tạo ra các xung làm đông

có độ rộng thay đổi Chuyển mạch lựa chọn các chế độ làm đông/ hỗn hợp 1/ hỗn hợp

2 có tác dụng đưa ra chuỗi xung có độ rộng tương ứng Chuỗi xung này được đưa tới

bộ nhân để tạo ra xung cao tần Sau đó, các xung này được đưa qua chuyển mạch chọn chế độ cắt/ làm đông (khi này ở vị trí làm đông) rồi đưa tới điện cực hoạt động Tiếp theo, đường đi của tín hiệu cũng giống như trường hợp chế độ cắt

Đầu ra công suất của dạng sóng cắt có thể tới 400W ở điện trở 500 Các điện

áp không tải từ đỉnh tới đỉnh có thể nằm trong vùng từ 1000 tới 10000V Trên hình

1-12, chuỗi xung làm đông là xung số, nó điều chế đầu ra RF (radio frequency) tương ứng với chu kỳ được chọn dưới đây:

Chuỗi xung Chu kỳ làm việc (%) Công suất (W)

1.4 AN TOÀN TRONG PHẪU THUẬT CAO TẦN

Dao mổ điện tần số cao sử dụng nguồn cao tần công suất lớn Vì vậy, vấn đề an toàn phải được đặc biệt quan tâm chú ý để tránh được những nguy hiểm cho người sử dụng và bệnh nhân

Cắt

Làm đông

Hỗn hợp

1 Hỗn hợp

2 Hình 1-13 Dạng sóng dùng trong phẫu thuật điện

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Các kiến thức ở chương này chính là cơ sở lý thuyết giúp ta xây dựng, thiết kế dao mổ cao tần và an toàn trong phẫu thuật điện Chương này giúp chúng ta hiểu được tại sao trong các ca phẫu thuật người ta lại sử dụng dao mổ cao tần, phẫu thuật điện cao tần có lợi gì? Chương này cũng giúp cho các nhân viên, bác sĩ phẫu thuật nắm được quy tắc an toàn trong phẫu thuật điện Điều này rất có ý nghĩa đối với bệnh nhân được phẫu thuật, nhân viên sử dụng máy và trực tiếp là đến tuổi thọ của máy

Đồng thời, qua nghiên cứu về sinh lý tế bào, các phản ứng của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện và nhiệt độ cũng như khả năng làm việc của dao mổ điện cao tần,

ta thấy có thể nhận được những kết quả mong muốn khi thực hiện các cuộc phẫu thuật thần kinh, tiêu hoá, tim mạch, da liễu, sản phụ khoa, tai mũi họng …bằng dao mổ cao tần

Trong phẫu thuật, ngoài những kiến thức cần có trong chuyên môn, yêu cầu phẫu thuật viên, bác sỹ phẫu thuật phải biết vận dụng, lựa chọn các tham số kỹ thuật phù hợp trong từng chế độ cho từng ca phẫu thuật của mình, để đạt được kết quả như mong muốn

Mức độ cầm máu, đốt cháy hay tạo sẹo một tổ chức nào đó theo ý muốn khi sử dụng dao mổ cao tần, phụ thuộc vào việc điều chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật sau:

1 Hình dạng của điện cực hoạt động

2 Cường độ của dòng điện HF

3 Tốc độ nhanh, chậm khi thực hiện phẫu thuật

4 Dạng của dòng điện HF

PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH: 3.1 MỞ ĐẦU: Trong chương này em sẽ trình bày sơ đồ khối,tính toán thiết kế toàn bộ phần cứng của hệ thống bao gồm:

+kit vi điều khiển PIC16f877A

3.2:SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH:

Hình 3.2:Sơ đồ khối toàn mạch

*Chức năng các khối:

+Khối vi điều khiển: điều hành mọi hoạt động của hệ thống

+Khối điều khiển công suất:chịu sự điều khiển của vi điều khiển để cung cấp điện

áp cho Mosfer làm việc, để tiến hành quá trình cắt hoặt đốt

+khối DAC: thực hiện quá trình chuyển hoá tín hiệu từ số sang tương tự

+Khối hiển thị :hiển số liệu cài đặt từ vi điều khiển đưa đến và hiển thị giá tri cài đặt

từ người sử dụng đưa đến

+khối bàn phím :thực hiện quá trình gao tiếp giữa người và vi điều khiển.vi điều khiển nhận giá trị mà người sử dụng cần đặt từ bàn phím và điều khiển thiết bị hoạt động dúng theo yêu cầu

+Khối dao động:khối này tạo ra tần số cao trên 300khz chịu sự điển khiển độ rộng xung bởi vi điều khiển

+Khối nguồnDC:cung cấp điện áp DC cho các khối trong hệ thống

3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH:

RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4

RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14

RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+

5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV 1 U1

/CSMSB

4 DS/DOR

5 /LDAC

15 /CSLSB16

CTRL 6/WR 17

Vref 19

R fb 20

AGnd 2Dgnd 3Iout 1Vdd 18AD1

AD7548

3 2 1

R20

10k

3 2 1

IN1

IN2

EA OUT 9EA- 1 EA+

2 /SYNC 3 OSC 4 Ct 5 Rt 6 DISCHARGE 7 SOFT START 8

SHUTDOWN 10OUT A 11GND 12

Vc 13OUT B 14Vcc 15Vref 16

Hình 3.3.a:sơ đồ nguyên lý toàn mạch

*CS:Công suất tăng giảm

*LT/NQ:Liên tục hay ngắt quãng

*TG: Thời gian tăng giảm

*PD:Pe danh

*Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Sau khi hệ thống được cấp nguồn, vi điều khiển chờ nhập và đọc giá trị từ bàn phím ,đặt giá trị công suất và thời gian cần đốt hoặc cắt từ bàn phím,hiển thị ra 4 led 7

đoạn.Sau khi người sử dụng đạp pedanh thì chương trình cho phép chạy vi điều khiển Vi điêu khiển sẽ suất dữ liệu mà nó được hiển thị từ led qua DAC để biến đổi thành tín hiệu điện đưa đến mạch dao động.Độ rộng xung được thay đổi theo người sử dụng cài đặt công suất từ 30w đến 100w.Độ rộng xung được thây đổi từ mạch dao động qua biến thế xung cách ly đưa đến phần công suất.Dạng sóng được điều chế theo dạng hình sin đơn tần hay đa tần ,với sự điều chỉnh biên độ xung theo chương trình và quá trình cắt hoặt đốt xảy ra Vi điều khiển sẽ nhận được giá trị liên tục hay ngắt quãng do người sử dụng cài đặt mà thực hiện các quá trình cắt hoặc đốt

Ưu điểm của việc điều khiển theo cách này là công suất cài đặt theo ý muốn của người kỹ thuật viên trước khi mổ ,thao tác nhanh giọn,để sử dụng, điều khiển biên độ đỉnh xung theo chương trình

*Mạch dao động cho kít điều khiển:

*Nguyên lý hoạt động :

Số BCD 4 bít từ PIC16F877A đưa vào ngõ vào của CD4553,đầu ra của CD4553 là

mã số tương ứng với 7 đoạn của LED.Do hiển thị theo dạng quét nên khi xuất dữ liệu

ra LED nào thì vi diều khiển sẽ kích cho BJT tương ứng dẫn và LED tương ưng sẽ sáng,các LED còn lại sẽ tắt

X120M

C133p

C233p

R3,4,5,6,7,8,9

Hình 3.4:Mạch hiển thị cho LED 7 đoạn:

*Tính toán thiết kế: Để hiển thị được thời gian hay công suất của thiết bị(số liệu

nhập từ bàn phím) em sử dụng 4 LED7 đoạn loại Catod chung,2 LED cho phần công suất, 2 LED cho phần thời gian, theo thứ tự thì :1 LED thể hiện hàng chục ,1 thể hiện hành đơn vị.Các LED được nối hoàng toàn giống nhau ,do vậy em chỉ cần phân tích sơ

đồ mạch cho một LED

Để cho một thanh LED đử sáng thì dòng điện qua nó là 10mA,do đó để có cả 7 đoạn của LED sáng thì dòng cung cấp cho LED sẽ là :I=7x10=70mA Đấy cũng chính

là dòng Ic của transistor Q1.Vậy ta có thể chọn Q1 là D468 với dòng Ic=150mA với

hệ số khuếch đại β min=70 Để BJT dẫn bảo hoà thì:

mA mA I

70

70 min

R

B

BE ic

5 , 2 5

, 1

8 0 57 , 4 1

log 1

8 , 57 , 4

57 , 2 70

8 ,

2

57 , 2 8 , 1 2 , 0 57 , 4 2

V V



3.5 CÁC PHÍM ĐIỀU KHIỂN:

Bàn phím được nối với portD cửa vi điều khiển

Mạch bàn phím gồm có 6 phím chức năng các phim như sau

+Phím công suất gồm: SW1 ,SW2 :Ký hiệu : xuống  ,lên :

+Phím thời gian gồm :SW3,SW4:Ký hiệu: : xuống  ,lên :

Hình 3.5 Bàn phím điều khiển

3.6 TÍNH CHỌN MẠCH DAC:

Nội dung của thanh ghi DAC có thể điều chỉnh bằng cách kéo chân DF/DOR xuống thấp Chân CTRL (chân 6) sau đó sẽ quyết định xem dữ liệu thanh ghi DAC là

0 (nếu CTRL thấp) và 1 (nếu CTRL cao)

Mạch DAC nhằm biến đổi tính hiệu số sang tương tự ,từ bàn phím ta đặt thông

số công suất cho máy từ 30w đến 100w sao dó nhấn pedanh thì dữ liệu từ vi điều khiển được đẩy qua DA.Ngõ ra của DA chân 19 Vref đưa vào mạch khuếch đại thuật toán

Điện áp tại chân Vref xác định như sau:

Ta có:

1

2 1

))(

(

R

R R D V U

/CSMSB

4 DS/DOR

5 /LDAC

15 /CSLSB16

CTRL 6/WR 17

Vref 19

R fb 20

AGnd 2Dgnd 3Iout 1Vdd 18AD1

AD7548

3 2

1

U2:A TL358

R21 100k

C3

RV1

10k R20

10k

3 2 1

15V 5V

C4 22p

để ngăn diode bên trong của D/A khỏi hoạt động Để duy trì độ tuyến tính của áp vào nên ta đặt điện áp mấu cho chân Iout bên trong là 2,5V Ta sử dụng mạch lặp điện áp bằng khuếch đại thuật toán để điều chỉnh chân số 1 layout của D/A

Mạch khuếch đại thuật toán ta chọn Op-amp ICTL358 được cung cấp bởi nguồn đơn +15V Điện áp mẩu 2,5v ta cũng sử dụng mạch cầu chia áp bằng điện

trở,để 2,5v mẩu đưa vào chân Iout thì ta phải qua mạch lặp điện áp bằng Op-amp.Với Op-amp thứ 2 ngỏ vào V+ được nối với chân 19Verf của DA và V- nối với điện trở xuống mas ,mạch khuếch đại mắt theo kiểu khuếch đại thuận sơ đồ được mắt như sau

Để có được điện áp Ura như mong muốn thiết kế thì ta phải khuếch đại lên đến nhiều lần,như sơ đồ thiết kế trên ta khuếch đại lên đến 10 lần

Vậy ta chọn :R20=10KΩ,R21=100KΩ

Ura được tính như sau

Theo thực tế đo được trên mạch với công suất trung bình 50w là Uvref=500mA

R

R R U

10

100 10 500 10

100 10 1

+Dựa vào Rt,Ct,Rd mạch tesst và 3 đồ thị ở phần lý thiết ta có thể tính toán được tần số mạch dao động

Vì tần số cao nên thời gian tụ Ct xả rất nhanh nên ta chọn Rd=0Ω để dể cho việc tính toán tần số

+Để có được tần số f= 300000Hz→ T 3s

10 30

1

4 

