Физика / 25-26 - Усилители и генераторы

6

Одесский национальный медицинский университет

Кафедра биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

практического занятия

для студентов 1 курса по темам:

Усилители

и

Генераторы

Утверждено

на методическом совет кафедры

"___"____________ 2010 г.

Протокол №____

Зав. кафедрой,

профессор Годлевский Л.С.

Одесса, 2010 г.

"Усилители и генераторы. Диагностическая аппаратура "- 4 ч.

Актуальность темы

Развитие и требования дальнейшего улучшения охраны здоровья в Украине и ответственного повышения уровня подготовки специалистов ставят перед высшей медицинской школой новые ответственные задачи по совершенствованию преподавания физико-математических дисциплин, связанные с достижениями современной науки и практики в медицине, физике, технике .

Одной из составляющих для решения этой задачи является цикл "Электродинамика и медицинская техника" читаемого в рамках курса "Биофизика, информатика и медаппаратуры.

Методы получения медико-биологической информации, и влияние физических факторов на организм человека нашли широкое применение в клинической медицине и здравоохранении. Они используются как для диагностики состояния человека, так и при дозированном действия физиче-них факторов на функционирование отдельных систем и органов, т.е. в физиотерапии.

Знакомство с идеями и методами диагностики и физиотерапии является необходимым элементов-том профессионального образования каждого работника здравоохранения.

Практическое занятие: "Усилители и генераторы. Диагностическая аппаратура ", посвященной-чене изложению основных понятий одного из главных разделов медицинской техники.

Цели занятия:

Общей целью практического занятия является научить студентов сознательно подбирать и вы-пользовать аппаратуру для получения медико-биологической информации (МБИ).

2.1 Учебные цели:

- Студент должен знать (2 уровень усвоения):

1. Усилители и генераторы, основные черты их строения.

2. Коэффициент усиления

3. Амплитудная характеристика усилителя

4. Нелинейные искажения

5. Частотная характеристика усилителя

6. Линейные искажения.

7. Полоса пропускания усилителя.

8. Схемы усилителя на транзисторе.

9. Специфика усилителей биопотенциалов.

10. Возможные препятствия

11. Обратная связь.

12. Повторитель напряжения.

13. Усилитель постоянного тока.

Воспитательные цели: направлены на развитие профессионально значимой подструктуры личности; воспитание у студентов современного профессионального мышления; обеспечение усвоения студен-тами ведущего значения отечественных научно-педагогических школ в разработке проблем практического занятия.

3. Междисциплинарная интеграция.

№№ п.п.	Дисциплины	Знать	Уметь
1	2	3	4
I.	Предыдущие дисциплины	Транзистор	Описывать работу
II.	Последующие дисциплины Физиология Терапия Хирургия	ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, РПГ	Описывать работу ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, РПГ
III.	Внутрипредметная интеграция Физические основы мембранологи Системы получения МБИ	Биопотенциалы	Определять биопотенциалы

4. Содержание темы (тезисы)

1. Усилители, основне принципы.

Вход Усилитель Выход

Источник энергии

Усилителями называют устройства, увеличивающие электрический сигнал за счет энергии постороннего устройства. Они имеют вход, на который подается сигнал, и выход, с которого снимается усиленный сигнал.

Существенным требованием для усилителя является отображение сигнала (усиления) без искажения его формы

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления - это количественная мера способности усилителя увеличивать входной сигнал:

k_U = U_вых/U_вх ; k_I = I_вых/I_вх k_P = P_вых/P_вх

В зависимости от того, какую величину увеличивает усилитель, их и различают. Если усилитель имеет недостаточный коэффициент усиления, то соединяют несколько усилителей, что называется усилительным каскадом. Коэффициент усиления каскадного усилителя:

k = k₁k₂k₃…

Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика усилителя - зависимость максимального выходного сиг-ла от максимального входного

U_{max вых} = f(U_{max вх}).

Линейная зависимость между ними выполняется в ограниченной области изменения входного напряжения, за пределами этой области линейная зависимость нарушается.

Нелинейные искажения

Нелинейные искажения возникают за пределами линейной характеристики усилителя, при этом, если на входе сигнал гармоничный, то на выходе сигнал не будет гармоничным, но периодическим. Периодический сигнал может быть представлен суммой гармоник. Т.е. в вы-Западного сигнале появляются новые гармоники. Чем больше новых гармоник и чем больше их амплитуда, тем больше нелинейные искажения, которые характеризуются коффициентом нелинейных искажений.

Частотная характеристика усилителя

Частотная характеристика усилителя - это зависимость коэффициента усиления от час-тоты входного сигнала k = f() ил k = f(). Она существенно зависит от составляющих усилителя, т.е. резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности.

Линейные искажения

Желательно, чтобы частотная характеристика усилителя выглядела как k = const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, которые называются линейными или частотными. Они возникают за счет разного коэффициента усиления для составляющих входного сигнала. Частотную характеристику усилителя принято изображать графически.

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ УСИЛИТЕЛЯ

Полоса пропускания усилителя - это диапазон частот, для которых коэффициент усиления имеет значение не менее 0,7 k_max. Диапазон частот для усиления определяется задачами усиления, т.е. в одном случае он может быть меньше, иначе должен быть большим.

Схемы усилителя на транзисторах

Транзисторы создаются с использованием полупроводников с разным типом электропроводности (n и p типа), и применяются для генерации и преобразования электромагнитных колебаний. Различают npn и pnp транзисторы. Центральная часть называется базой (Б), крайние соответствии эмиттером (Э) и коллектором (К). Различают схемы усилителя на транзисторе с общей базой (входная и выходная напряжение имеют на базе общую точку) и с общим эмиттером (входная и выходная напряжение имеют общую точку на эмиттер)

Специфика усилителей биопотенциалов

Специфика усилителей биопотенциалов определяется особенностями биосигналов:

1) выходное сопротивление биосистемы вместе с сопротивлением электродов достаточно высок;

2) биопотенциалов медленно зминюютьяс со временем;

3) биопотенциалов очень слабые.

Необходимо согласовывать сопротивление входного цепи, усилителя и выходного сопротивления био-системы. В электрофизиологии считают, что входное сопротивление усилителя должен в 10-20 раз превышать сумму внутреннего сопротивления биосистемы и сопротивления перехода кожа-электрод.

Малая частота биосигналов приводит к необходимости использования усилите лей постоянного тока.

Малость биопотенциалов понуждаеть использовать усилители с большим коэффициентом усиления.

Возможные сложности в использовании усилителей

Такими препятствиями считают токи или напряжения на выходе усилителя при отсутствии на его входе полезного сигнала. Это может иметь место при применении источника тока с недостаточным уровнем сглаживання пульсаций городской сети. Улучшение сглаживання пульсаций предотвращает возникновение такого фона.

Городская сеть может также наводить э.д.с. в рядом расположенных цепях и биообъектов. Экранирование и отдаление усилителей и биообъектов от электросети уменьшает эти препятствия. При колебаниях деталей усилителя возникают периодические изменения параметров схемы, возникают электромагнитные колебания - микрофонный эффект. Упрочнение деталей и амортизация позволяют уменьшить или ликвидировать эти препятствия. Предотвращению возникновения шумов (случайном блужданню эле-ктронив) способствует применение малошумных элементов.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Обратная связь в усилителях означает действие сигнала с визоду на вход. Цепь разной длины-ротного связи подключается к выходу усилителя параллельно его нагрузке.

Коэффициент передачи цепи обратной связи - это отношение  = U_з.з / U_вых. Коэффи-циент усиления усилителя с обратной связью равен k_св = k / 1 - k,

где k- коэффициент усиления без обратной связи.

Для усилителя с отрицательным обратной связью характерна большая стабильность в работе, меньшая зависимость от внешних факторов.

Повторитель напряжения

Усилитель со стопроцентной обратной связью называют повторителем напряжения, или трансформатором полных сопротивлений. Он позволяет согласовывать большое входное сопротивление повторителя с большим сопротивлением объекта, а малое выходное сопротивление повторителя с малым входным сопротивлением основного усилителя.

Различают три типа повторителей: исходный - на полевом транзисторе, эмиттерный - на биполярном транзисторе; катодный - на электронной лампе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. "Высшая школа", 1999.

2. Эсаулова И.О. Блохина М.Ю., Гонцов Л.Д. Пособие для лабораторных работ по меди-цинской и биологической физике. М., 1987

3. Ливенцев Н.Н. Курс физики, т.1, М., 1978

Методические рекомендации составил ст. преп. Голяк В.А.