Методические указания для студента

Практическое занятие Ср2 (для студента)

Тема занятия

Усилители биоэлектрических сигналов

Цели и задачи

1. Теоретически изучить усилители биоэлектрических сигналов, их назначение и классификацию, устройство и принцип действия, основные метрологические характеристики.

2. Рассмотреть основные понятия темы.

3. Изучить усилители биоэлектрических сигналов.

Основные понятия

1. Важнейшие метрологические характеристики усилителя.

2. Усилительный каскад на транзисторе.

3. Многокаскадное усиление.

Вопросы к занятию

1. Многокаскадный усилитель на транзисторах, назначение элементов схемы, основное преимущество.

2. Как определить динамический диапазон УБП? Коэффициент усиления и коэффициент нелинейных искажений.

3. Основные типы транзисторов. Принцип действия полевого транзистора (рисунок).

4. Как рассчитать номинальный коэффициент усиления для биологических сигналов ЭКГ, ЭЭГ?

5. Методика создания р-n перехода, процессы на границе раздела полупроводников. Принцип действия полупроводникового диода (привести рисунки, подтверждающие принцип действия).

6. Причины возникновения амплитудных иска­жений, как их устранить? Допустимый уровень амплитудных искажений при снятии биологических сигналов? (нарисовать временные зависимости с искажениями и без искажений)

7. Причины необходимости усиления физиологических сигналов. Основные параметры физиологических сигналов, что они характеризуют. (привести примеры сигналов)

8. Что называется частотной характеристикой УБП, при каких условиях она снимается? Начертите график частотной характеристики УБП.

9. Основные типы транзисторов. Принцип действия палевого транзистора (рисунок).

10. Необходимость согласования входных и выходных сопротивлений усилителей. Понятие калибровки усилителей. (привести рисунок и формулы)

11. Что называется амплитудной характеристикой УБП? При каких условиях она снимается? Начертите график амплитудной характеристики УБП.

12. Как определяется частотный диапазон УБП для переменного и постоянного токов?

Методические указания (рекомендации)

Виды физиологических сигналов и их характеристики

Различные физиологические сигналы характеризуются тремя основными параметрами: амплитудой сигнала, динамическим диапазоном, полосой частот (см. таблицу). Под динамическим диапазоном сигнала понимается отношение максимальной амплитуды сигнала к его минимальному значению.

Физиологический сигнал	Амплитуда сигнала, мВ	Динамический диапазон	Полоса частот, Гц
ЭКГ (электрокардиограмма)	0,3 - 3	10	0,5 - 400
ФКГ (фонокардиограмма)	10 - 100	10	20 - 800
РГ (реограмма)	1 - 10	10	0,3 - 30
ЭМГ (электромиограмма)	0,02 - 3	150	1 - 10 000
ЭГГ (электрогастрограмма)	0,01 - 0,4	40	0,02 - 0,06
КГР (кожно-гальваническая реакция)	0,1 - 2	20	0,01 - 10
ЭЭГ (электроэнцефалограмма)	0,002 - 0,1	50	0,3 - 80
Дельта-ритм	0,01 - 0,03	3	0,3 - 3,5
Тета-ритм	0,02 - 0,04	2	3,5 - 8
Альфа-ритм	0,02 - 1	5	8 - 13
Бета-ритм	0,002 - 0,03	15	13 - 80

Усилители биоэлектрических сигналов и их характеристики

Для последующей обработки снятых с помощью электродов или датчиков физиологических сигналов и их анализа данные сигналы необходимо усилить до определённого уровня и не внести в усиленный сигнал искажения. Для этих целей в медицинских приборах применяются усилители биоэлектрических сигналов.

До недавнего времени электронные усилители выполнялись на радиолампах. В настоящее время они выполняются на транзисторах и интегральных микросхемах, что позволило значительно сократить их габариты, вес, энергопотребление, повысить их надёжность и улучшить параметры.

Исходя из частотного диапазона, усилители подразделяются на усилители постоянного тока и усилители переменного тока.

Основные метрологические характеристики усилителя

К основным метрологическим характеристикам усилителя относятся: динамический диапазон, коэффициент усиления, рабочий диапазон воспроизводимых частот, входное и выходное сопротивление.

Большинство эти характеристик усилителя определяется по его амплитудной характеристике - графику зависимости напряжения на выходе усилителя от напряжения на входе при постоянной частоте усиливаемого сигнала.

1. Динамический диапазон усилителя - диапазон изменения сигнала на входе усилителя в котором он усиливается без амплитудных (нелинейных искажений). Под искажениями понимается несоответствие формы входного сигнала форме выходного (усиленного) сигнала.

m = U_{вх max} / U_{вх min} .

Когда амплитуда напряжения на входе усилителя выходит за пределы линейного участка амплитудной характеристики возникают так называемые амплитудные (нелинейные) искажения.