- 1 -
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
- 2 -












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 đi
ện
thế nghỉ

Tái cực

Dòng kích thích

-90mV

0 mV
Mức
ngưỡng

20 mV

Độ rộng nhỏ nhất của

dòng kích thích đ
ể tạo
ra điện thế hoạt động


-
06mV

Khử cực

- 3 -
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
1Hz

100Hz
1kHz 10kHz
Phản ứng
sinh học
100kHz

10MHz

1MHz

10Hz


- 4 -
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:
P = Ri
2
(1.1)
E = Pt = Ri
2
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
- 5 -
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 100
0
C, 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 100
0
C, 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).
- 6 -
- 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:
- Cắt.
- Cầm máu.
- Đốt cháy.
Cần phải tạo ra được một nhiệt độ thích hợp tại đầu điện cực hoạt động, nơi tiếp
xúc với vị trí cần phẫu thuật. Sự gia tăng của nhiệt độ được tính theo biểu thức sau:
T
0
= (I/S)
2
(1.3)
Trong đó:
- T
0
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 T
0
tỷ lệ thuận với mật độ
dòng điện HF (I/S).

Khối phát sóng
tần số cao
Bệnh nhân

B
C
A
- 7 -
b) Cấu tạo của điện cực hoạt động
Nếu I có giá trị không đổi thì khi đó T
0
phụ thuộc hoàn toàn vào S. Nhiệt độ
T
0
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)
dm
2

, 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)
+ Biên độ I
HF
có dạng sóng cao tần liên tục (không điều chế), hình 1-5a.

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.
- 8 -
+ 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 I
HF
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).













(a)

(b)
(c)

- 9 -


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 I
HF
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.
- 10 -
+ 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 I
HF
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 t
ổ
chức bằng tiếp xúc trực tiếp
Hình 1-8. Chế độ cắt hỗn hợp
Hình 1-9. Chế độ làm đông - cầm máu
- 11 -
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
đ
ại công
Bệnh nhân
Điện cực
hoạt động

Điện cực
hồi tiếp
Làm đông

Cắt
Tạo sóng
cao tần

T
ạo chuỗi
xung làm
đô
ng

Làm đông


Bộ nhân
Hình 1-12. Sơ đồ khối của dao mổ điện cao tần
Hỗn hợp 2

Hỗn hợp 1

- 12 -
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)
Cắt
Làm đông
Hỗn hợp 1
Hỗn hợp 2
100
33
50
75
400
132

200
300








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
- 13 -
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.









- 14 -























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.
+Mạch hiển thị.
+Mạch bàn phím.
+Mạch DAC.
+Mạch dao động.

+Mạch công suất.
+Mạch nguồn.

- 15 -
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:


- 16 -
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
16
RC2/CCP1
17
RC3/SCK/SCL
18
RD0/PSP0
19
RD1/PSP1
20
RB7/PGD
40
RB6/PGC
39
RB5
38

RB4
37
RB3/PGM
36
RB2
35
RB1
34
RB0/INT
33
RD7/PSP7
30
RD6/PSP6
29
RD5/PSP5
28
RD4/PSP4
27
RD3/PSP3
22
RD2/PSP2
21
RC7/RX/DT
26
RC6/TX/CK
25
RC5/SDO
24
RC4/SDI/SDA
23

RA3/AN3/VREF+
5
RC0/T1OSO/T1CKI
15
MCLR/Vpp/THV
1
U1
PIC16F877A
AD7548
D7(MSB)
7
D6
8
D5
9
D4
10
D3
11
D2
12
D1
13
D0
14
/CSMSB
4
DS/DOR
5
/LDAC

15
/CSLSB
16
CTRL
6
/WR
17
Vref
19
R fb
20
AGnd
2
Dgnd
3
Iout
1
Vdd
18
AD1
AD7548
3
2
1
84
U2:A
TL358
R21
100k
C10

0,1u
TR1
TRAN-2P2S
A
5
B
3
C
2
D
4
CLK
6
LE
1
BI
7
QA
9
QB
10
QC
11
QD
12
QE
13
QF
15
QG

14
U3
4543
Q2
D468
Q3
D468
R10
2,2k
R11
2,2k
RC3
RC4
RC3
RC4
R17
10k
R11
10k
R12
10k
R13
10k
R12-16
10k
X1
20M
C8
33p
C9

33p
Q4
D468
Q5
D468
R2
2,2k
RC6
RC5
RC6
50%
RV1
10k
ON/OFF
R20
10k
3
2
1
84
U4:A
TL358
46%
RV2
10k
D4
LED-BIGY
D5
LED-BIGY
R18

1k
R19
1k
TIME
ACTION
V
V
V
V
LT/NQ
CS
TG
PD
R1
2,2K
RC5
15V
5V
IN1
IN2
EA OUT
9
EA-
1
EA+
2
/SYNC
3
OSC
4

Ct
5
Rt
6
DISCHARGE
7
SOFT START
8
SHUTDOWN
10
OUT A
11
GND
12
Vc
13
OUT B
14
Vcc
15
Vref
16
controPWM
R25
4,7K
R22
100R
R24
4,7K
R23

4,7K
R27
4,7K
COI
5v
C11
22p
D1
FR107
D6
FR107
5v
C12
1.0nf
R26
1K
15v
R28
100R
SG3525
5V
SO DO NGUYEN LY DAO MO DIEN CAO TAN
R3-9
470R
Q1
A564
controPWM
ON/OFF
D7
FR107


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
- 17 -
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:

















Hình 3.3b. Mạch dao động của PIC16F877A

Họ vi điều khiển PIC có thể hoạt động ở tần số thạch anh 4Mhz đến 20Mhz.trong
mạch này em dùng thạch anh 20Mhz hai tụ điện C1 và C2 có giá trị 33pn.
3.4 MẠCH HIỂN THỊ:
Mạch hiển thị nối với PortB của vi điều khiển để hiển thị có thể dùng LED7
đọan,dunggf LCD.Trong đồ án này em sử dụng LED 7 đoạn loại Canod chung để hiển
thị,phần điều khiển sử dụnh vi điều khiển kết hợp với IC4553.
*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.
X1
20M
C1
33p
C2
33p

OSC1 OSC1

- 18 -
*Sơ đồ mạch:
A
5
B
3
C
2
D
4
CLK
6
LE
1
BI
7
QA
9
QB
10
QC
11
QD
12
QE
13
QF
15

QG
14
U3
4543
Q2
D468
Q3
D468
R10
2,2k
R11
2,2k
RC3
RC4
Q4
D468
Q5
D468
R2
2,2k
RC6
R1
2,2K
RC5
5V
Data A
Data B
Data C
Data D
470R

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
I
CES
Bng
1
70
70
min




Ta chọn :

mAI
B
5,1

Điện trở phân cực R1 là:




 KV
I
VV
R
B
BEic
5,2
5,1
8.057,4
1log
1

Ta chọn R1=2,2kΩ. Vậy dòng thực tế là:

mA
O
R
U
I
R
B

7,1
2,2
8,57,4
1
1




Khi transistor dẫn bảo hào thi điện áp Vces=0,2V và điện áp rơi trên LED là 1,8v,như
vậy:
- 19 -








37
70
57,2
70
8,2
57,28,12,057,4
2
2
12
C

R
LEDCESLOGICR
I
V
R
VVVVV

Ta chọn
 39
2
R
.Ta có:
mA
R
V
I
R
LED
7,65
39
57,2
2
2



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

:
+Phím ngắt quãng /liên tục: SW5.
+Phím SW6 được ký hiệu như là pedanh khi kỹ thuật viên hay bác sĩ thao tác
trước khi mổ một cách dể dàng.
*Nguyên lý:
Ban đầu các chân của vi điều khiển được nối với các con tắt nhấn của bàn phím (SW1,
SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) được đặt ở mức cao. Khi có một phím nào đó trên bàn
phím được bấm thì tương ứng với phím đó xuống mức thấp, dựa vào đó vi điều khiển
xác định được bàn phím đã bị tác động. Tiếp đó sẽ xác định phím nào được bấm, vi
điều khiển sẽ lần lượt đọc giá trị của port và so sánh với các phím khác để xác định
phím nào được bấm.
Các phím từ SW1 đến SW6 được nối với thanh điện trở 10kΩ kéo lên nguồn
Vcc.
*Sơ đồ các phím điều khiển như sau:

R11
10k
R12
10k
R13

10k
R12-16
10k
V
V
V
V
LT/NQ
CS
TG
PD
5V
RA0
RA5
RA4
RA3
RA2
RA1


Hình 3.5 Bàn phím điều khiển

- 20 -

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
21
))((
R
RR
DVUV
INVREFOUT



Với D là tượng trưng phân số của đầu vào số (0<=D<=4095/4096)

AD7548
D7(MSB)
7
D6
8
D5
9
D4
10
D3
11
D2
12

D1
13
D0
14
/CSMSB
4
DS/DOR
5
/LDAC
15
/CSLSB
16
CTRL
6
/WR
17
Vref
19
R fb
20
AGnd
2
Dgnd
3
Iout
1
Vdd
18
AD1
AD7548

3
2
1
84
U2:A
TL358
R21
100k
C3
0,1u
50%
RV1
10k
R20
10k
3
2
1
84
U4:A
TL358
46%
RV2
10k
15V
5V
C4
22p
5v
controPWM

Data
RD6
RD6
RD5
15v
Ura



Hình 3.6.a Sơ đồ toàn mạch DAC
Điện áp vào nối với Iout. Áp ra bộ chuyển đổi D/A lấy từ chân Vref và có một
trở kháng không đổi bằng với điện trở R Áp vào Vin phải luôn dương so với AGND
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
- 21 -
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


vU
R
RR
UU
VREFVREFRA
5,5
10
10010
500
10
10010
1
21







?
Điện áp Ura được điều chỉnh qua bằng cầu phân áp với chiết áp RV1 ,điện áp
controPWM được đưa đến mạch dao động để thay đổi độ rộng xung điểu khiển cho
phần công suất.

3
2
1
84
U2:A

TL358
R21
100k
C3
0,1u
50%
RV1
10k
R20
10k
C4
22p
controPWM
Uverf
15v
Ura


Hình 3.6.b Mạch khuếch đại ra của AD7548

3.7TÍNH MẠCH DAO ĐỘNG:
+Có được tần số để đốt hoặc cắt được giống như một con giao mổ mà trong
phẩu thuật cần ta phải có được tần số cao trên 300kz,với sơ đồ thiết kế như trên ta có
thể dùng tần số 300kz đốt cháy hoặc cắt được vết mổ.
+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→
sT


3
10.30
1
4


- 22 -
+Dựa vào đồ thị ta chọn tụ Ct=1nF không đổi chu kỳ nạp của tụ là 3 µs

Hình 3.7.a Đặc tuyến nạp mạch dao động
-Căn cứ vào đồ thị thì :Rt=4KΩ, Ct=1nf
-Trên thị trường không có R=4KΩ, Vậy chọn: R23=3,9KΩ,C5=1nf.
Ngỏ vào chân 2 EA+,Ct chân 5,Rt chân 6 ,DISCHARGE chân 7,Vcc chân
15,13,OUT A chân 11,OUT B chân 14 ngỏ ra ,EA- nối với EAOUT qua R25,chân 12
mass: Chân 8 SOFT START luôn ở mức cao, chân 10 shutdown luôn ở mức thấp.
Mạch còi được điều khiển bởi chân shutdown ,khi ta nhấn pedanh dữ liệu từ vi
điều khiển đẩy qua DA đưa đến mạch dao động và điều khiển chân shutdown ở mức
thấp thì lúc đó xung mới được xuất ra cấp cho phần công suất hoạt động ,khi ta không
nhấn pedanh thì chân shutdown ở mức cao và cắt không cho xung ra,không điều khiển
phần công suất.
Ngỏ ra mạch dao động nối với biến xung ta sử dụng hai Diot ghim xuống Mass
để xén các xung nhiểu do phần sơ cấp của biến áp xung gây ra.

Ta chọn :Diot xung loại FR 107.
- 23 -
IN1
IN2
EA OUT
9

EA-
1
EA+
2
/SYNC
3
OSC
4
Ct
5
Rt
6
DISCHARGE
7
SOFT START
8
SHUTDOWN
10
OUT A
11
GND
12
Vc
13
OUT B
14
Vcc
15
Vref
16

controPWM
R25
4,7K
R22
100R
R24
4,7K
R23
3,9K
R27
4,7K
COI
C5
1nf
15v
SG3525
ON/OFF
TR1
TRAN-2P2S
IN1
IN2
EA OUT
9
EA-
1
EA+
2
/SYNC
3
OSC

4
Ct
5
Rt
6
DISCHARGE
7
SOFT START
8
SHUTDOWN
10
OUT A
11
GND
12
Vc
13
OUT B
14
Vcc
15
Vref
16
controPWM
5v
D2
FR107
D3
FR107
R26

1K
15v
R28
100R
SG3525
ON/OFF
Q6
2N3703
D1
FR107


Hình 3.7.b Sơ đồ mạch dao động






- 24 -

Hình3.7.c. Sơ đồ dạng sóng ngỏ ra mạch dao động





















t

Thời gian T_on 10%
Thời gian T_on 50%
Thời gian T_on 80%
Vcc

12v



0v
12v



0v
T_on T_off


12v



0v
- 25 -
*Tính chọn biến thế cách ly phần dao động
























Hình 3.7.d:Biến thế xung cách ly phần dao động

Ta có công thức tính biến thế xung:





8
88
10
1010
dBNAedt
dt
dB
NA
dt
Nd
e
C
C


Với sóng vuông thì: e=E

Lấy tích phân
BANE
CT
8

10



Số vòng dây:
AB
E
N
C
T



45,6
10
8

Với -E :Là điện áp xung =12v.
-T : Độ dài xung (s).
-B : Mật

độ từ trường cho phép ( gauss)
-Ac: Tiết điện lõi(inch) 100mm.
-N : Số vòng dây.
Bảng tính dưới đây của nhà thiết kế cho lỏi ferit tiết điện 5mm×20mm







TR2
N1 N2
M