КоврижныхДВ_Лаб.практикум по мед.электронике
.pdf
V Изучение выпрямляющего действия полупроводниковых диодов.
V.1. Для изучения выпрямляющего действия диода соберите следующую схему:
Рисунок 2.10. Схема для наблюдения однополупериодного выпрямления переменного напряжения.
Перенесите в тетрадь изображение, полученное на экране осциллографа. Объясните полученный результат. С помощью осциллографа определите период пульсации.
V.2. Для изучения двухполупериодного выпрямления переменного тока соберите схему с диодным мостом:
Рисунок 2.11. Схема для наблюдения двухполупериодного выпрямления переменного напряжения.
Перенесите в тетрадь изображение, полученное на экране осциллографа. Объясните полученный результат. С помощью осциллографа определите период пульсации.
V.3. Добавьте в нагрузочную цепь Г-фильтр низкой частоты, как показано на Рис. 2.12:
Рисунок 2.12. Схема двухполупериодного выпрямления с Г-образным RС-фильтром.
Дальнейшее сглаживание пульсирующих сигналов осуществляется с помощью П-фильтров. Добавьте конденсатор как показано на Рис. 2.13 и зарисуйте в тетради форму сигнала.
21
Рисунок 2.13. Схема двухполупериодного выпрямления с П-образным RС-фильтром.
VI Изучение принципиальной схемы аппарата для гальванизации (задание для СРС).
VI.1. Для изучения принципа работы аппарата для гальванизации необходимо собрать принципиальную схему, изображенную на Рис. 2.14.
Рисунок 2.14. Принципиальная схема аппарата для гальванизации.
VI.2. Выберите в библиотеке трансформаторов, например, модель pq4-10 и установите в свойствах трансформатора следующие значения:
– отношение количества витков первичной обмотки к вторичной |
3; |
– индуктивность утечки |
0,001 Гн; |
– индуктивность |
5Гн; |
– сопротивление первичной обмотки |
100 Ом; |
– сопротивление вторичной обмотки |
100 Ом. |
VI.3. Включите схему и установите с помощью потенциометра ток пациента от 3 мВ до 5мВ. С помощью осциллографа определите величину пульсации выпрямленного тока в процентах от максимального значения. В связи с тем, что пульсация тока вызывают физиологический эффект, отличный от действия постоянного тока, величина пульсации не должна превышать 0,5%. В случае, если величина пульсации превышает допустимые пределы, предложите способы для уменьшения величины пульсации.
24. Схема, в которой демонстрируется применение светодиодов для индикации наличия сигнала, будет рассмотрена в Лабораторной работе № 3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.Диод. Вольт-амперная характеристика диода. Типы диодов, их применение.
2.Опишите способ получения вольт-амперной характеристики диода в данной работе.
3.Объясните, почему для получения прямой и обратной ветвей ВАХ необходимо применять разные электрические схемы.
4.Применение диодов для ограничения напряжения.
22
5.Применение диодов и конденсаторов для умножения напряжения в медицинской аппаратуре.
6.Полупроводниковые стабилитроны, их применение для стабилизации и ограничения напряжения.
7.Принципиальная схема аппарата для гальванизации.
Подготовьте реферат на одну из тем:
1.Фотометрические методы клинико-диагностических исследованиях.
2.Применение оптронов в электронной медицинской диагностической аппаратуре.
3.Применение оптронов в электронной медицинской физиотерапевтической аппаратуре.
4.Преобразователи интенсивности потоков излучения в электрический сигнал.
5.Устройство и принцип работы пульсооксиметрических датчиков.
6.Аппараты для терапии постоянным током.
7.Аппараты для терапии импульсными и переменными токами.
8.Аппараты для электродиагностики импульсными и переменными токами.
9.Аппараты для франклинизации и аэроионотерапии.
23
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ИЗУЧЕНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ. СХЕМОТЕХНИКА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Цель лабораторной работы: исследование входных и выходных характеристик биполярного транзистора, изучение устройства и работы составного транзистора, токового зеркала и источника тока на биполярном транзисторе.
Теоретическая подготовка:
Для подготовки к данной работе повторите теоретический материал по теме «Биполярные транзисторы» [10; сс. 126–132].
К основным схемам подключения биполярных транзисторов относят схемы с общим эмиттером и общей базой. На базе этих схем строят эмиттерный повторитель, составной транзистор, токовое зеркало, источник тока, дифференциальный усилитель, электронный ключ и т.д., которые служат основой для создания операционных усилителей и интегральных микросхем и нашли широкое применение в медицинской электронной диагностической и физиотерапевтической аппаратуре.
Порядок выполнения работы:
I Изучение входных характеристик биполярного транзистора.
I.1. Запустите программу ELECTRONICS WORKBENCH и соберите схему, изображенную на Рис. 3.1. В данной схеме резисторы обозначают внутреннее сопротивление источника сигнала и нагрузку транзистора.
Рисунок 3.1. Схема для изучения входных характеристик биполярного транзистора.
I.2. Включите схему. Изменяя входное напряжение (Uбэ) от 0 до 1,5 В, снимите зависимость базового тока (Iб) от напряжения база-эмиттер (Uбэ) (входная характеристика транзистора Iб = f (Uбэ)при установке значений коллекторного напряжения (Uкэ) 0 В; 1 В; 2 В; 3 В. Ток базы измеряется с помощью амперметра, подключенного к базе транзистора. Амперметры, подключенные к эмиттеру и коллектору транзистора, предназначены для наблюдения соблюдения первого правила Кирхгофа. Вольтметр подключен для наблюдения падения напряжения на переходе «база-эмиттер». Заполните Таблицу 3.1.
24
Таблица 3.1. |
|
|
|
|
ток базы Iб |
|
коллекторное напряжение Uкэ |
|
|
|
0 В |
1 В |
2 В |
3 В |
бэ |
0,1 В |
|
|
|
0,3 В |
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
эмиттер |
0,5 В |
|
|
|
0,7 В |
|
|
|
|
0,8 В |
|
|
|
|
- |
0,9 В |
|
|
|
база |
|
|
|
|
1,0 В |
|
|
|
|
напряжение |
|
|
|
|
1,1 В |
|
|
|
|
1,2 В |
|
|
|
|
1,3 В |
|
|
|
|
1,4 В |
|
|
|
|
1,5 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I.3. По данным измерения постройте на одной координатной плоскости семейство кривых зависимости тока базы от приложенного к базе напряжения Iб = f (Uбэ) для заданных значений коллекторного напряжения (Uкэ). Отметьте на графике участок, близкий к линейному. Рассчитайте входное сопротивление биполярного транзистора на линейном участке входных характеристик биполярного транзистора.
II Изучение выходных характеристик биполярного транзистора.
II.1. Для исследования выходных характеристик биполярного транзистора соберите схему, изображенную на Рис. 3.2.
Рисунок 3.2. Схема для изучения выходных характеристик биполярного транзистора.
В данной схеме величина входного сигнала задается источником постоянного тока, коллекторный резистор является нагрузочным; схема питается от источника постоянного напряжения в коллекторной цепи.
Изменяя значения приложенного напряжения к коллектору и тока базы биполярного транзистора, исследуйте зависимость выходного (коллекторного) тока Iк от коллекторного напряжения Uкэ при различных значениях тока базы Iб транзистора. Заполните Таблицу 3.2.
25
Таблица 3.2. |
|
|
|
|
|
ток коллектора Iк |
|
ток базы Iб |
|
|
|
|
100 мкА |
200 мкА |
300 мкА |
400 мкА |
500 мкА |
кэ |
0,5 В |
|
|
|
|
U |
1,0 В |
|
|
|
|
напряжение |
|
|
|
|
|
1,5 В |
|
|
|
|
|
2,0 В |
|
|
|
|
|
2,5 В |
|
|
|
|
|
3,0 В |
|
|
|
|
|
3,5 В |
|
|
|
|
|
коллекторное |
|
|
|
|
|
4,0 В |
|
|
|
|
|
4,5 В |
|
|
|
|
|
5,0 В |
|
|
|
|
|
5,5 В |
|
|
|
|
|
6,0 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II.2. По полученным данным постройте на одной координатной плоскости семейство кривых, |
|||||
отображающих зависимость тока коллектора от приложенного к коллектору напряжения |
|||||
Iк = f (Uкэ) для заданных значений базового тока (Iб). |
|
|
|
||
III Изучение схемотехнических решений на биполярных транзисторах.
III.1. В электронной схемотехнике широко применяется схема составного транзистора (пара Дарлингтона), схема которого приведена на Рис. 3.3. Если транзисторы Т1 и Т2 имеют коэффициенты передачи тока б азы β1 и β2, то результирующий коэффициент передачи тока базы составного транзистора β = β1 × β2. Проверим это экспериментально.
Рисунок 3.3. Схема для изучения работы составного транзистора.
Соберите схему, изображенную на Рис. 3.3. Устанавливая различные значения источника тока (входные токи), измерьте выходные токи составного транзистора. Заполните Таблицу 3.3.
26
Таблица 3.3.
Сила тока базы |
Сила |
тока |
Сила тока |
кол- |
Коэффициент |
Коэффициент |
|
транзистора |
коллектора тран- |
лектора |
сос- |
передачи |
тока |
передачи тока |
|
Т1, мкА |
зистора Т1, мкА |
тавного |
тран- |
базы |
тран- |
составного |
|
|
|
|
зистора, мкА |
зистора Т1 β1 |
транзистора β |
||
1 мкА |
|
|
|
|
|
|
|
3 мкА |
|
|
|
|
|
|
|
5 мкА |
|
|
|
|
|
|
|
7 мкА |
|
|
|
|
|
|
|
10 мкА |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент передачи тока базы транзистора Т1 необходимо рассчитывать как отношение
силы тока коллектора к силе тока базы: |
β1 = |
I K1 |
; коэффициент передачи тока составного |
|||
|
||||||
|
|
|
|
|
I Б |
|
транзистора |
необходимо рассчитывать как отношение силы тока коллектора составного |
|||||
транзистора |
к силе тока базы: β = |
I K |
. |
Учитывая, что составной транзистор собран из |
||
|
||||||
|
|
I Б |
|
|
|
|
одинаковых транзисторов, то тогда должно соблюдаться условие β = β12.
IV. ЗАДАНИЕ ДЛЯ СРС.
IV.1. Одной из схем применения биполярных транзисторов является источник тока. Одна из упрощенных схем источника тока приведена на Рис. 3.4. В данной схеме открывающее транзистор напряжение задается с помощью диода D, переменный резистор R1 задает величину силы тока. Изменяя значение сопротивления нагрузочного переменного резистора R2, исследуйте зависимость коллекторного тока от величины нагрузочного сопротивления R2 при различных значениях резистора R1. Заполните Таблицу 3.4. Пользуясь полученными данными Таблицы 1.3 в Лабораторной работе №1, укажите в Таблице 3.4 значения сопротивлений резисторов R1 и R2 в Омах, соответствующие приведенным значениям в процентах.
Рисунок 3.4. Схема для изучения работы источника тока.
27
Таблица 3.4. |
|
Значения сопротивления R2 |
|
||
ток коллектора Iк |
|
|
|||
|
10% |
30% |
50% |
70% |
90% |
|
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
R1 = 25% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 50% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 75% |
Ом |
|
|
|
|
Постройте на одной координатной плоскости семейство графиков зависимости выходного тока (тока коллектора Iк) от нагрузочного сопротивления R2 при различных значениях R1.
IV.2. Другой широко применяемой в электронной медицинской аппаратуре схемой является токовое зеркало. В приведенной на Рис. 3.5 схеме переменный резистор R1 устанавливает величину силы тока в одной части схемы (входной ток), а резистор R2 определяет нагрузку в другой части схемы, в которую задается выходной ток.
Рисунок 3.5. Схема для изучения работы токового зеркала.
Изменяя значения резисторов R1 и R2, проведите измерения входного и выходного токов. Заполните Таблицы 3.5.1 и 3.5.2.
Таблица 3.5.1 |
|
Значения сопротивления R2 |
|
||
входной ток |
|
|
|||
|
10% |
30% |
50% |
70% |
90% |
|
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
R1 = 30% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 40% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 50% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 70% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 90% |
Ом |
|
|
|
|
28
Таблица 3.5.2. |
|
Значения сопротивления R2 |
|
||
выходной ток |
|
|
|||
|
10% |
30% |
50% |
70% |
90% |
|
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
R1 = 30% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 40% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 50% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 70% |
Ом |
|
|
|
|
R1 = 90% |
Ом |
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.Типы биполярных транзисторов, их обозначение. Режимы работы биполярного транзистора.
2.Входные и выходные характеристики биполярного транзистора.
3.Схемотехнические решения на биполярных транзисторах.
4.Устройство и принцип работы регистратора изменения сопротивления (имитатора детектора лжи).
Подготовьте реферат на одну из тем:
1.Использование биполярных транзисторных структур в усилительных микросхемах медицинской аппаратуры.
2.Физические основы электрокардиографии.
3.Физические основы электроэнцефалографии.
4.Физические основы электромиографии.
5.Физические основы пневмографии.
6.Физические основы плетизмографии.
7.Прямая и объемная сфигмография и реовазография.
8.Применение полупроводниковых лазеров в электромедицинской аппаратуре.
29
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА. ИСТОЧНИК ТОКА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ. ИЗУЧЕНИЕ БИЕНИЙ
Цель лабораторной работы: исследование входных и выходных характеристик полевого транзистора, изучение применения транзистора в источнике тока.
Теоретическая подготовка:
Для подготовки к данной работе повторите теоретический материал по теме «Полевые транзисторы» [10; сс. 132–138].
Основные отличия полевых транзисторов от биполярных определяются тем, что полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и управляются не входными токами, а входными напряжениями, т.е. в рабочем режиме полевые транзисторы практически не потребляют тока по входу затвора. Это определило преимущественное их использование во входных частях усилительных схем при регистрации и измерении биопотенциалов и кожно-гальванической реакции, а также в электрокардиографах, электроэнцефалографах и т.д. Еще одной особенностью полевого транзистора является то, что в открытом состоянии он является довольно стабильным источником тока. В данной лабораторной работе также будет рассмотрена схема источника тока на полевом транзисторе.
Порядок выполнения работы:
I Изучение входных и выходных характеристик полевого транзистора.
I.1. Запустите программу ELECTRONICS WORKBENCH и соберите схему, имеющую следующий вид:
Рисунок 4.1. Схема для исследования выходных характеристик полевого транзистора.
I.2. Включите схему и, изменяя напряжение стока (UС) от 0 до 3 В, снимите зависимость стокового тока (IС) от напряжения стока (UС) при установке напряжения затвора (UЗ) 0; 0,2;
30