Добавил:

artemtvi Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"

Предмет:

Узлы и элементы медицинской техники

Файл:

КР1 / Лекции

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.04.2022

Размер:

3.56 Mб

Скачать

☆

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Оглавление
Лекция 1 .....................................................................................................................................................	5
Методики БМИ .....................................................................................................................................	5
Биопотенциалы .....................................................................................................................................	5
Амплитудно-частотные соотношения БП ........................................................................................	5
Примеры сигналов .................................................................................................................................	6
Распространение биосигнала...............................................................................................................	6
Помехи при усилении БП.......................................................................................................................	6
Входной каскад (ВК) УБП.....................................................................................................................	7
Схема замещения ВК УБП....................................................................................................................	7
Биполярная схема отведения БП .........................................................................................................	8
Переход «Электрод – кожа» ...............................................................................................................	8
Поляризация в ПЭК ...............................................................................................................................	9
Контакт БО-УБП .................................................................................................................................	9
Электрохимические явления в ПЭК .....................................................................................................	9
Переход Электрод-Кожа ...................................................................................................................	10
Эквивалентные схемы БО ..................................................................................................................	10
Электроды ...........................................................................................................................................	10
Входная цепь ........................................................................................................................................	11
Усилители БП......................................................................................................................................	11
Каскады УБП.......................................................................................................................................	11
АЧХ.......................................................................................................................................................	12
Параметры УБП .................................................................................................................................	12
Изолирующие УБП ..............................................................................................................................	12
ДК на транзисторах...........................................................................................................................	12
Операционный усилитель ...................................................................................................................	13
Входной каскад УБП ...........................................................................................................................	13
ДК на транзисторах...........................................................................................................................	14
Артефакты ЭКГ.................................................................................................................................	15
Лекция 2 СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОУ НА УБП ...................................................................................	18
ИДЕАЛЬНЫЙ ОУ ...................................................................................................................................	19
ПРАВИЛО ВХОДНЫХ ЦЕПЕЙ ................................................................................................................	20
ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В ОУ ...............................................................................	20
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ В ООС .........................................................................................	21

РАСЧЕТ КАСКАДА ОУ............................................................................................................................	21
НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ .....................................................................................................	21
РАСЧЕТ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ.......................................................................................	22
ПОВТОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ...............................................................................................................	22
МОДИФИКАЦИЯ ПОВТОРИТЕЛЯ.........................................................................................................	23
ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ОУ (1)....................................................................................................................	23
ФОТОДИОДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ......................................................................................................	25
СУММИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ (инвертирующий).....................................................................	26
ПОЛУЧЕНИЕ СРЕДНЕГО СИГНАЛОВ ..........................................................................................	26
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ..........................................................................................	28
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ..........................................................................................................	28
РАСЧЕТ ДУ (шаг 1) ................................................................................................................................	29
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ....................................................................................................	30
РАСЧЕТ ИУ (1) .......................................................................................................................................	30
Лекция 3 ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАЛЬНОГО ОУ........................................................................................	33
Идеальный ОУ.....................................................................................................................................	33
РЕАЛЬНЫЙ ОУ .....................................................................................................................................	33
При проектировании БМУ ................................................................................................................	34
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ОУ............................................................................................................	34
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ ..................................................................................	35
ВХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ................................................................................................	35
ВХОДНОЙ ТОК .....................................................................................................................................	35
ВХОДНОЙ ТОК СМЕЩЕНИЯ ................................................................................................................	36
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ...............................................................................................................	36
ВЫХОДНЫЕ СТАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ...........................................................................................	37
ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОУ.....................................................................................................	37
ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОУ.................................................................................	38
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ...............................................................	39
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ (СЛЕДСТВИЕ) ........................	40
ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЛЯ НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО ОУ .............................................	40
ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ НА ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ...........................................................	40
ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ..................................................................	41
ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО ТОКА...........................................................................................................	42
МИНИМИЗАЦИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ..................................................	42
ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО ТОКА СМЕЩЕНИЯ ...................................................................................	43

УСТАНОВКА НУЛЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ..............................................	43
ВНЕШНЯЯ РЕГУЛИРОВКА ПОТЕНЦИОМЕТРОМ.......................................................................	43
ДЛЯ ОУ, НЕ ИМЕЮЩИХ ВЫВОДОВ ДЛЯ ПОДКЛЮЧНИЯ ПОТЕНЦИОМЕТРА .....................	44
КОЭФФИЦИЕНТ ОСЛАБЛЕНИЯ СИНФАЗНОГО СИГНАЛА ......................................................	44
СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ СИНФАЗНОГО СИГНАЛА ....	45
НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ...............................................................................	45
ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ОУ ...........................................................................................................	45
ПЛОЩАДЬ УСИЛЕНИЯ ....................................................................................................................	46
ВЛЯНИЕ СКОРОСТИ СПАДА АЧХ ..................................................................................................	46
КОРРЕКЦИЯ ЧАСТОТЫ ...................................................................................................................	47
ВЫВОДЫ .............................................................................................................................................	47
Лекция 4 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ В УБП.................................................................	48
ПРИМЕНЯЕМЫЕ СХЕМЫ ДУ ................................................................................................................	48
ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ ДИФФ. СИГНАЛА.....................................................................................	48
ДУ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ................................................................................................	49
ПОДАЧА СИНФАЗНОГО СИГНАЛА .......................................................................................................	50
ПОДАЧА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ..........................................................................	51
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ И ОСЛАБЛЕНИЯ СИНФАЗНОГО СИГНАЛА .............................................	51
ДУ В РЕЖИМЕ БОЛЬШОГО СИГНАЛА..................................................................................................	52
ГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ.........................................................................................................	52
ДУ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ........................................................................................................	53
ДУ НА ПТ В РЕЖИМЕ МАЛОГО СИГИНАЛА .........................................................................................	53
ДУ НА ПТ В РЕЖИМЕ БОЛЬШОГО СИГНАЛА............................................................................	54
ОПИСАНИЕ ЭКГ ЭК1Е04 (017)........................................................................................................	55
ДУ НА ОДНОМ ОУ ................................................................................................................................	56
МОДИФИКАЦИЯ СХЕМЫ ДУ НА ОДНОМ ОУ ......................................................................................	56
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ДУ НА ТРЕХ ОУ ...............................................................................................	57
МНОГОВХОДОВОЙ ДУ.........................................................................................................................	59
РАСЧЕТ МНОГОВХОДОВОГО ДУ..........................................................................................................	60
Выводы:................................................................................................................................................	61
Лекция 5 ...................................................................................................................................................	62
Шумы в схемах УБП...........................................................................................................................	62
Источники внешнего шума ................................................................................................................	62
Шум Джонсона....................................................................................................................................	62
Внешний шум в схеме усилителя ......................................................................................................	63

Внутренние источники шума .............................................................................................................	63
Спектральная плотность шума...........................................................................................................	63
Модель с некоррелированными генераторами случайного шума ...................................................	63
Приведенное к входу шумовое напряжение .....................................................................................	64
Приведенный к входу токовый шум..................................................................................................	64
Дробовой шум .....................................................................................................................................	65
Фликкер – шум ....................................................................................................................................	65
Попкорн – шум ....................................................................................................................................	65
Разновидности источников шума ......................................................................................................	66
Суммирование источников шума ......................................................................................................	66
Принцип суммирования......................................................................................................................	67
Упрощение схемы шумов усилителя .................................................................................................	67
Шумовое усиление ..............................................................................................................................	67
Сравнение усиления сигнала и шумовое усиление ..........................................................................	68
Выбор малошумящего ОУ..................................................................................................................	69
Применение графика на практике......................................................................................................	70
Вклад шумов ОУ .................................................................................................................................	70
Пути устранения мешающих сигналов..............................................................................................	70
Усилители низкой частоты .................................................................................................................	71
Характеристики ОУ для УНЧ ............................................................................................................	71
Особенности реализации УНЧ ...........................................................................................................	71
УНЧ на основе инвертирующего усилителя .....................................................................................	72
УНЧ на основе неивертирующего усилителя ...................................................................................	73
Дифференциальный усилитель низкой частоты ...............................................................................	73
Сравнение инвертирующего и неинвертирующего усилителей......................................................	74
Предусилители ....................................................................................................................................	74
Типы звукоснимателей .......................................................................................................................	74
Стандартная АЧХ для звукоснимателей ...........................................................................................	75
АЧХ ОУ без ООС................................................................................................................................	75
Пример схемы предусилителя............................................................................................................	76

Лекция 1

Методики БМИ

Биомедицинские исследования (БМИ):

• ЭКГ,ЭЭГ,ЭМГ,Электроокулография ЭОГ, Электроретинография ЭРГ,

КГР

-графия = регистрация БП -грамма = временная зависимость БП

Биопотенциалы

Функциональное состояние тканей определяется их электрической активностью. Биологический объект (БО) = эквивалентный электрический генератор биопотенциалов (БП), его свойства U(t), Rвн.

Диапазон БП: 5 кмВ – 120мВ, 10−4 − 103 Гц

Для ЭКГ (103 − 104), для ЭЭГ (105 − 106)

Амплитудно-частотные соотношения БП

Примеры сигналов

Распространение биосигнала

СФ (синфазный) сигнал действует с одной и той же фазой на точки Xи Yприложения сигнала. ПФ сигнал (дифференциальный разностный) действует с противоположной фазой. Помеха приложена синфазно, полезный сигнал – противофазно. Подавляют СФ сигнал: дифференциальный приемник сигнала, трансформатор, схемы гальваноразвязки на разных физических принципах.

Компенсируют ПФ сигнал по отношению к СФ: линейные мостовые балансные схемы.

Помехи при усилении БП

•Нестабильность Rвн на переходе кожа-электрод ->разбаланс межэлектродных сопротивлений;

•Наличие U поляризации электродов (до 300мкВ) -> насыщение усилителя;

•Дрейф и скачки Uполяризации при движении пациента;

•Синфазные и дифференциальные помехи: биологические (БЭА других органов) и физические (напряжение от сетевой проводки и шнуров – до

5-10В, 50 Гц);

•Импульсные помехи от терапевтических аппаратов (ЭКС, ДФб);

•Линейные, нелинейные и динамические искажения, вносимые измерительным трактом усилителя БП (УБП)

Входной каскад (ВК) УБП

Системы отведений: Монополярная – один активный и один пассивный электроды; Биполярная – два активных электрода и один индифферентный.

Схема замещения ВК УБП

Биполярная схема отведения БП

Переход «Электрод – кожа»

Скачок эл/тока до 0: 0 =

Поляризационная емкость (встречная ЭДС поляризации):

В установившемся режиме: = − ( )

=	∫0
	(	−	)

	0

Поляризация в ПЭК

1.Химическая поляризация, связанная с химической природой электродов.

2.Электрохимическая поляризация, вызываемая замедлением электродной реакции.

3.Концентрационная поляризация, вызываемая изменением концентрации потенциалопередающих ионов у электродов.

Контакт БО-УБП

Нестабильность и неопределенность вн

Если вх =	вх	=> \| вн\| \| вх\|
	вн+ вх

Условие: входное сопротивление УБП должно в 10…20 раз превышать наиболее возможное внутреннее сопротивление БО (0,2…20 мОм и более).

Электрохимические явления в ПЭК

Импеданс Варбурга – полное электродное сопротивление, определяет медленный диффузионный ток носителей заряда к границе раздела 2-х фаз:

Где − постоянная Варбурга, зависит от диффузии (Ом*√Гц); − частота (Гц). Полный импеданс электродной системы:

Переход Электрод-Кожа

Эквивалентные схемы БО

а – в низкочастотном диапазоне; б – при изучении поверхностных слоев кожи и подкожной клетчатки;

в – мышечных тканей в сочетании с компонентами жир, кровь и т.д. г – более глубоких слоев тела и внутренних органов; д – для внутричерепной области.

Электроды

Абсолютно поляризуемые электроды – заряд не пересекает границу раздела. Инертные металлы (Rt, Au) – электрод = электрический конденсатор.

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке КР1

#
08.04.202218.9 Mб21Задачи.docx
#
08.04.20224.75 Mб30Задачи.pdf
#
08.04.202224.32 Mб22Лекции.docx
#
08.04.20223.56 Mб45Лекции.pdf