ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ БТС МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ Диагностика

ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ БТС МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Диагностика Медицинская техника Лечение Терапия Хирургия 2

Основные узлы Источник входного сигнала (датчик) Усилители постоянных сигналов Аналоговые Усилитель (генератор) Источники питания и стабилизаторы Импульсные видео усилители Триггеры и триггерные системы Цифровые Запоминающие устройства Микропроцессоры Счетчики 3

Электронные усилители (для усиления мощности электрических сигналов) Линейные Нелинейные (без искажения формы) (формирование сигналов по амплитуде или по длительности) 4

Структурная схема электронного усилителя с источником усиливаемого сигнала ŮД на входе и нагрузкой ZН на выходе. 5

Характеристики электронных усилителей 6

Усилительные свойства электронных усилителей 7

Усилительные свойства электронных усилителей 8

Усилительные свойства электронных усилителей 9

Амплитудно-частотная характеристика электронного усилителя 10

Фазочастотная характеристика электронного усилителя 11

Параметры АЧХ и ФЧХ 12

t. ЗД – время задержки (до 0, 1 Uвых); t. Н – время нарастания фронта (до 0, 9 Uвых); ε – превышение выходного сигнала над установившимся значением. Переходная характеристика электронного усилителя в области малых времен – реакция на идеальный перепад напряжения амплитудой UДm 13

Переходная характеристика ЭУ Область малых частот – определяется временем установления выходного сигнала после резкого изменения амплитуды входного сигнала. 2. Область средних частот – в этой области изменения выходного сигнала минимальны. 3. Область больших частот – заметный спад плоской вершины до полного затухания. 1. 14

Реакция электронного усилителя в области больших времен – на идеальный прямоугольный импульс длительностью t. И 15

Схема электронного усилителя с разделительным конденсатором Ср, включенным между его выходом и нагрузкой RН 16

Искажения усиливаемых импульсов Наводки – паразитные связи цепей электронного усилителя с источником наводок (экраны, развязывающие элементы и т. д. ). 2. Фон – результат наводки от электрических и магнитных полей трансформаторов, сетевых проводов и т. д. 3. Шумы микрофонного эффекта – механические толчки и вибрации. 4. Внутренние шумы в активных элементах электронных усилителей (тепловой, дробовый…) 1. 17

Полупроводниковые материалы В качестве усилительных элементов электронных усилителей применяют транзисторы – полупроводниковые приборы, в которых используются эффекты, обусловленные переносом заряда в твердом теле для преобразования, усиления и генерирования электрических сигналов. Основным полупроводниковым материалом в современной электронике наиболее часто является кремний. В основном работа транзисторов основана на использовании эффектов, которые возникают при добавлении в полупроводник примесей. Поэтому такие полупроводники называются примесными. 18

Полупроводниковые материалы Примеси, способные отдавать электроны в зону проводимости, называют донорными. В полупроводнике, обогащенном донорами, преобладает электронная проводимость. Это полупроводники n-типа. Примеси, добавление которых приводит к образованию дырок в валентной зоне, называют акцепторными. В этом случае образуется полупроводник р-типа, в котором преобладает дырочная проводимость. 19

Биполярные транзисторы Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n -p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. 20

Биполярные транзисторы В n-р-n транзисторе происходит инжекция в базу электронов В р-п-р транзисторе происходит инжекция в базу дырок 21

Полевые транзисторы Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия «перпендикулярного» току электрического поля, создаваемого напряжением на затворе. Электроды полевого транзистора называются следующим образом: исток — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда; сток — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда; затвор — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала. 22

Полевые транзисторы 23

Полевые транзисторы 24

Усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером Усилительный каскад на униполярном транзисторе с общим истоком 25

Эмиттерный повторитель напряжения Истоковый повторитель напряжения 26

Коллекторный повторитель тока Стоковый повторитель тока 27

Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах Дифференциальный каскад на униполярных транзисторах 28

Структурная схема инвертирующего усилителя на ИОУ 29

Особенности интегральных операционных усилителей (ИОУ) Усилительные схемы различного назначения, размещенные на полупроводниковой кремниевой пластине. Состав: входной каскад (обычно ДК), промежуточные каскады усиления (на ДК) и выходной каскад (двухтактный повторитель напряжения). Коэффициент усиления - 104 – 106. Питание от двух разнополярных источников. Наличие двух входов. 30

Структурная схема неинвертирующего усилителя на ИОУ 31

Аналоговые устройства на ИОУ с обратной связью Виды обратной связи : по току или напряжению; последовательные или параллельные; по глубине (параметр F). 32

Структурная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению 33

Структурная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по току 34

Структурная схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению 35

Структурная схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по току 36

Интегральный компаратор напряжений (ИКН) Структурная схема совпадает со схемой ИОУ. Отличия в выходном каскаде, который должен совмещаться с цифровыми микросхемами большого класса электронных устройств: дискриминаторов амплитуды, детекторов уровня, триггеров Шмидта и бистабильных индикаторов. Применение: аналого-цифровые преобразователи, преобразователи временных интервалов в последовательности импульсов. 37

Контрольные вопросы 38

Контрольные вопросы 8. Почему дифференциальный каскад подавляет синфазные сигналы, к числу которых относятся помехи во входных цепях каскада? В каких приборах медицинской диагностики используется эта особенность ДК? 9. Какими средствами обеспечивают требуемый коэффициент и его стабильность в усилителях на ИОУ? 10. В каких усилителях на ИОУ целесообразно использовать последовательную, а в каких – параллельную обратную связь? 11. Какой вид обратной связи надо применять для стабилизации выходного напряжения усилителя на ИОУ: по напряжению или по току? 12. Для чего применяют коррекцию переходных и частотных характеристик усилителей с обратной связью? 13. Чем отличается интегральный компаратор напряжения от интегрального операционного усилителя? 39