МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Факультет компьютерного проектирования

Электронный учебно-методический комплекс

по дисциплине:

«Элементная база средств медицинской электроники»

Минск

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Раздел 1. 3

Тема 1.1 Введение. Радиоэлектронная аппаратура. Элемент. Компонент. Понятие и функции. Сигналы и их виды. Конструкция. Конструирование и технология средств медицинской электроники. 3

Тема 1.2 Особенности автоматизированного проектирования ЭРЭ и УФЭ 11

Тема 1.3 Состав элементной базы СМЭ 15

Тема 1.4 Интегральные микросхемы, как одна из составляющих частей РЭА 29

Раздел 2. Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, трансформаторы и LC-фильтры 44

44

Тема 2.1 Резисторы 44

Тема 2.2 КОНДЕНСАТОРЫ 64

Тема 2.3 Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы 79

Тема 2.4 ПАССИВНЫЕ LC-ФИЛЬТРЫ И АКТИВНЫЕ RC-ФИЛЬТРЫ 101

Раздел 3 АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА 118

Тема 3.1. Акустоэлектронные приборы 118

Тема 3.2 ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 120

Раздел 4. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ. 139

Тема 4.1 Основы оптоэлектроники. Классификация оптоэлектронных устройств. 139

Тема 4.2 ЭЛЕМЕНТЫ ОПТОЭЛЕТРОННЫХ УСТРОЙСТВ 147

Раздел 5. Устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС). 156

Тема 5.1. Принципы построения и действия ПЗС. 156

Тема 5.2 ПЗС в устройствах обработки сигналов памяти и приемниках изображения. 164

Тема 5.3. ПРИБОРЫ НА ЭФФЕКТЕ ГАННА 169

Тема 5.4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ^: 174

Раздел 6. КРИОТРОНЫ, ХЕМОТРОНЫ И ДРУГИЕ СМЭ. 187

Тема 6.1. Криотроны и другие устройства на основе сверхпроводимости. 187

Тема 5.2 Хемотроны и другие функциональные устройства 194

Введение

Элементная база в медицинской электронике – это электрорадиоэлементы (ЭРЭ), интегральные микросхемы (ИС) и устройства функциональной электроники (УФЭ). Медицинская электроника – это одно из направлений электроники. Разнообразные приборы медицинской электроники являются частью радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) различного назначения.

Электрорадиоэлементы (ЭРЭ) включают соединители, резисторы, конденсаторы, индуктивности и другие. Интегральные микросхемы (ИС) включают полупроводниковые и гибридные, устройства функциональной электроники (УФЭ) – приборы с зарядовой связью, акустоэлектронные приборы, оптоэлектронные приборы и другие.

Резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, интегральные микросхемы представляют собой металлургические конструкции, распределение химических элементов, в которых в процессе эксплуатации не должно изменяться (процессы эксплуатационного старения, деградации и т. д. рассматриваются отдельно), т. е. они образуются на так называемых статистических неоднородностях и конструкторско-технологической интеграции.

Функциональная электроника – это новое перспективное направление в современной элементной базе РЭА. Устройства функциональной электроники основаны на использовании динамических неоднородностей и физических принципов интеграции. Это отличает их от транзисторов, диодов. ИС и других элементов РЭА.

В данном курсе рассматривают конструкции, принципы функционирования различных радиотехнических устройств, образующих элементную базу средств медицинской электроники.

Раздел 1.

Тема 1.1 Введение. Радиоэлектронная аппаратура. Элемент. Компонент. Понятие и функции. Сигналы и их виды. Конструкция. Конструирование и технология средств медицинской электроники.

Радиотехника. Это область науки и техники, основанная на применении электромагнитных волн для передачи, преобразования, обработки и хранения информации. Информация играет все возрастающую роль в жизни человеческого общества

В зависимости от того, каков характер и назначение информации, передаваемой и извлекаемой с помощью радиотехнических средств, в радиотехнике принято рассматривать разные радиотехнические системы (РТС), например, радиолокационные, радионавигационные, медицинские и др.

Радиотехнические системы можно определить как управляемый оператором комплекс РЭА, размещаемой на объектах и подвергающейся воздействиям внешней среды и радиоволн (радиосигналов и помех) в пространстве.

Радиоэлектронная аппаратура предназначена для передачи, обработки и преобразования сигналов и информации, которая в них содержится, в соответствии с принципом действия РТС. Свойства РЭА описываются совокупностью параметров и характеристик: радиотехнических, конструкторско-технологических, эксплуатационных и экономических. По функциональному признаку РЭА можно разделить на устройства: антенно-фидерные, передающие, приемные, обработки информации и др.

Преобразование сигналов. Рассмотрим наиболее характерные преобразования сигналов в РЭА.

1. Излучение и прием сигнала на антенну.

2. Усиление сигнала. Для этого необходимо использование активных элементов: транзисторов, электровакуумных приборов и т. д.

3. Фильтрация сигнала (выделение его из помех).

4. Генерация колебаний разной формы.

5. Модуляция и демодуляция. Они необходимы для "наложения" сообщения на высокочастотный сигнал или выделения из него. Как правило, эти функции осуществляются с использованием нелинейных преобразователей.

6. Запоминание информации (сигналов и алгоритмов преобразований сигналов). Выполнение этих и алгоритмов обуславливается в основном внедрением в РЭА микропроцессорных устройств, функционирование которых определяется программой, записанной в запоминающей устройствах.

7. Вторичное преобразование информации, т.е. сигналов, отображающих информацию. Выполняется обычно специализированными ЭВМ, работающими совместно с РЭА.

8. Отображение информации. Если потребителем информации, выдаваемой радиотехнической системой, является какое-то устройство, например ЭВМ, то эта функция может отсутствовать в РЭА. Если потребитель информации – человек, то она должна быть представлена в виде, удобном для зрительного и слухового восприятия.

9. Коммутация и соединение цепей. Это функции связаны с необходимостью переключения режимов, подключения измерительных устройств, электрического соединения элементов, расположенных в разных конструктивах и пространственно разнесенных и т.п.