15 Закон Ома для переменного тока и напряжения. Реактивное сопротивления электрического конденсатора и катушки индуктивности. Зависимость от частоты.

Зако́нО́ма — физический закон, определяющий связь между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока.

Закон Ома для переменного тока будет иметь такой вид:

I=U/Z

I — ток в электрической цепи

U — Напряжение

Z — Комплексное сопротивление

Последовательный колебательный контур является простейшей резонансной (колебательной) цепью. Состоит последовательный колебательный контур, из последовательно включенных катушки индуктивности и конденсатора. При воздействии на такую цепь переменного (гармонического) напряжения, через катушку и конденсатор будет протекать переменный ток, величина которого вычисляется по закону Ома: I = U / ХΣ , где ХΣ - сумма реактивных сопротивлений последовательно включенных катушки и конденсатора (используется модуль суммы).

Для освежения памяти, вспомним как зависят реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности от частоты приложенного переменного напряжения. Для катушки индуктивности, эта зависимость будет иметь вид:

Из формулы видно, что при увеличении частоты, реактивное сопротивление катушки индуктивности увеличивается. Для конденсатора зависимость его реактивного сопротивления от частоты будет выглядеть следующим образом:

В отличии от индуктивности, у конденсатора всё происходит наоборот - при увеличении частоты, реактивное сопротивление уменьшается.

Что касается самой резонансной частоты, то она может быть вычислена при помощи формулы Томсона, которую мы можем вывести из формул реактивных сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора, приравняв их реактивные сопротивления друг к другу:

Резонансной частотой контура называют такую частоту, на которой сопротивление контура имеет чисто активный (резистивный) характер.Условие резонанса - это равенство величин реактивных сопротивлений катушки индуктивности и ёмкости.

16Полное сопротивление (импеданс) в электрических схемах, содержащих емкостные и резистивные катушки индуктивности. Зависимость от частоты

Электри́ческийимпеда́нс (комплексное сопротивление, полное сопротивление) — комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала.

Абсолютная величина (модуль) электрического импеданса определяется выражением

Полная цепь переменного тока - это цепь из генератора, а также R, C, и L

элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.

Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные

последовательные и параллельные цепи.

Последовательная цепь - это такая цепь, где все элементы могут быть

соединены последовательно, один за другим.

В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.

Особенности полной цепи:

1.Соблюдается закон Ома

2.Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление

называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.

3.Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и

вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для

последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее

значение:

Z=корень(R²+(XL-Xc)²)

здесь:Z - импеданс последовательной цепи,R - активное сопротивление,XL – индуктивное и XC – ёмкостное сопротивление,L - индуктивность катушки (генри),C - ёмкость конденсатора (фарад).

импеданс изменяется с изменением частоты

тока, на котором проводится измерение: при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается. Зависимость импеданса от частоты тока называется дисперсией импеданса.

Изменение импеданса с частотой обусловлено также зависимостью поляризации от периода Т переменного тока. Если время, в течение которого электрическое поле направлено в одну сторону (Т/2), больше времени релаксации τ какого-либо вида поляризации, то поляризация достигает своего наибольшего значения, и до тех пор, пока T/2>τ, эффективная диэлектрическая проницаемость и проводимость объекта не будут изменяться с частотой. Если же при увеличении частоты полупериод T/2 переменного тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть своего максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает уменьшаться с частотой, а проводимость - возрастать.

17Электрический диполь. Электрические поля диполя

Известно, что работа отдельных клеток организмов и всех органов и тканей

сопровождается возникновением биопотенциалов. Сердце - выполняющее в организмах

роль механического насоса - генерирует при своей работе электрические потенциалы,

причем при различных видах патологии рисунок электрической активности меняется. В

наиболее простом приближении электрическое поле сердца соответствует полю диполя.

Электрическим диполем называют электрически нейтральную систему разноименных

зарядов, центры тяжести которых пространственно не совпадают. Расстояние, на котором

располагаются заряды принято характеризовать дипольным вектором L, дипольным моментом называют произведение величины модулей электрических зарядов на дипольный вектор:

Р = q * L

Электрическое поле - особый вид материи, создаваемый как неподвижными, так и движущимися заряженными частицами, посредством этого поля осуществляется

взаимодействие самих заряженных частиц. Двумя характеристиками этого поля являются

НАПРЯЖЕННОСТЬ и ПОТЕНЦИАЛ.

Напряженностью (Е) электрического поляназывают величину, равную отношению

электрической силы, действующей на пробный, положительный заряд к величине этого

заряда: Е = F / q(равенство- векторное ). Измеряется напряженность в Н/Кл, или В/М. Потенциалом (Ф) точки поля называют величину, равную отношению потенциальной энергии пробного, положительного заряда в некоторой точке поля к величине этого заряда:

Ф тА = Wпот / q.

Потенциал измеряется в Вольтах (В + ДЖ/Кл).

Для поля одного точечного заряда Q напряженность рассчитываются по формуле:

Е = k*Q / Е R²,

потенциал - по формуле

Ф =k*Q / s R.

В этих формулах к - постоянная , входящая в закон Кулона,равная 9*10⁹ Н*м² /Кл² ,

Е - диэлектрическая постоянная среды, в которой находятся заряды,

R - расстояние от заряда,создающего поле. Для наглядности электрическое поле отображают силовыми линиями (линиями напряженности)и эквипотенциальными поверхностями, в плоскости

представляющими также линии. По касательным к силовым линиям направлены вектора напряженности поля, причем густота характеризует величину напряженности (чем гуще, тем больше напряженность поля). Эквипотенциальные линии - это линии одинакового потенциала. Для одного точечного заряда (монополя) электрическое поле отображено на рисунке 3 Силовые линии выходят из положительного заряда и уходят в бесконечность. Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным линиям (поверхностям)

Формула для нахождения разности потенциалов каких либо 2ух точек поля диполя

Ф_точкиВ– Ф _{точки А=}2*Sin(В/2)*k*P*Cos(Y) / Е*R²

П оясним эту формулу для случая, относящегося непосредственно к теории Эйнтховена, которая объясняет соотношения величины зубцов электрокардиограммы (ЭКГ) в разных отведениях. Выберем оси координат ОХ и ОУ, диполь - на оси ОХ, некоторую окружность с центром в начале координат и равносторонний треугольник, вписанный в эту окружность, верхняя сторона которой параллельна оси ОХ. Угол Р - это угол, под которым видны точки отведения потенциала из средины диполя - в нашем случае, это из начала координат. Для всех трех отведений разности потенциалов - точи А и В, точки В и С, точки А и С - эти углы ф) равны по 60 градусов, значит в формуле в этом случае Sin можно заменить на 1 / 2 .

Угол у - это угол, который образует линия отведения потенциала с осью диполя - это самый главный вывод, который следует из этой формулы в теории Эйнтховена. Так для точек отведения разности потенциалов (фтв-фтА) этот угол Yi = 0, для (фтв - фтс) и (фтд - фтс) равен по 60 градусов, так как диполь располагается горизонтально, а угол указанного на рисунке 4 равностороннего треугольника - 60 градусов (эти углы указаны на рисунке 4 двойными линиями). Принято говорить, что разность потенциалов, для каких либо двух точек диполя прямо пропорциональна проекции вектора дипольного момента - Р * Cos(y) - на линию отведения потенциалов.

18) Мультипо́ли (от лат. multum — много и греч. πόλος — полюс) — определённые конфигурации точечных источников (зарядов). Простейшими примерами мультиполя служат точечный заряд — мультиполь нулевого порядка; два противоположных по знаку заряда, равных по абсолютной величине — диполь, или мультиполь 1-го порядка; 4 одинаковых по абсолютной величине заряда, размещённых в вершинах параллелограмма, так что каждая его сторона соединяет заряды противоположного знака (или два одинаковых, но противоположно направленных диполя) — квадруполь, или мультиполь 2-го порядка. Название мультиполь включает обозначение числа зарядов (на греческом языке), образующих мультиполь, например, октуполь (окту — 8) означает, что в состав мультиполя входит 8 зарядов.

19 20) Токовый монополь- единичный источник электрического потенциала. Вывод формулы потенциала поля токового монополя в бесконечно проводящей среде: j= — 1 d фи dr Где j- плотность электрического поля Рпи -удельное сопротивление среды, r- расстояние до униполя. Токовый диполь- это совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

21 Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Диэлектрики в электрическом поле ведут себя не так как проводник, хотя при этом у них есть нечто общее. Диэлектрики отличаются от проводников тем, что в них отсутствуют свободные носители зарядов. Всё-таки они там есть, но в очень малом количестве. В проводниках такими носителями зарядов являются электроны, свободно перемещающиеся вдоль кристаллической решётки металлов. Но вот в диэлектриках электроны прочно связаны со своими атомами и не могут свободно перемещается.  При внесении диэлектрика в электрическое поля в нем наступает электризация также как и в проводнике. Отличие же диэлектриков состоит в том что электроны не могут свободно перемещаться по объёму как это происходит в проводниках. Но под действием внешнего электрического поля внутри молекулы вещества диэлектрика появляется некоторое смещение зарядов. Положительный смещается вдоль направления поля, а отрицательный против. Вследствие этого поверхность получает некий заряд. Процесс образования заряда на поверхности диэлектриков под действием электрического поля называется поляризацией диэлектрика.

22могут либо под действиемдеформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.

23) Электробезопасность медицинской аппаратуры Современная больница, клиника, любое другое лечебно-профилактическое учреждение располагают большим количеством разнообразных медицинских приборов, аппаратов, вспомогательных устройств, в которых в том или ином виде используется электрическая энергия. Электромедицинская аппаратура, насчитывающая более 5000 наименований, находит применение для диагностики, лечения, обслуживания пациента, при лабораторных исследованиях, сборе и обработке информации, иначе говоря, на всех стадиях лечебного процесса. Использованию электрической энергии сопутствует опасность поражения электрическим током. Эта опасность для современного человека имеется практически повсюду: и дома, и на работе, и при пользовании средствами транспорта. Каковы же специфические условия, которые требуют особых мер по защите пациента и медицинского персонала от поражения электрическим током Прежде всего, следует учесть, что у больного защитные силы организма подорваны, поэтому случайное воздействие электрическим током может иметь для больного, особенно страдающего заболеванием сердца, более тяжелые последствия, чем для здорового человека. Пациент во многих случаях не может нормально реагировать на действие электрического тока, чтобы уменьшить возникшую опасность. Он может быть парализован, находиться под наркозом, быть без сознания, наконец, он может быть привязан к операционному столу или кровати. В повседневной жизни, на производстве — всюду принимаются все меры для того, чтобы отделить человека от возможных источников электрического тока, от любых электрических цепей. В противоположность этому пациента намеренно подвергают действию тока, его включают непосредственно в цепь постоянного низкочастотного или высокочастотного тока. Кожный покров является естественной защитой человека от действия электрического тока. В медицинском учреждении кожу пациента обрабатывают обезжиривающими, дезинфицирующими и другими растворами. Увлажненная кожа полностью теряет свои достаточно высокие изолирующие свойства. В полости тела вводят различного рода электроды, датчики, осветительные устройства, во время операции кожный покров механически разрушается, обнажаются внутренние органы. Наиболее опасный случай вмешательства в организм человека — введение электродов, катетеров непосредственно в полость или мышцу сердца. В процесс лечения или обследования к больному нередко подключаются не один, а несколько аппаратов. Так, например, на операционном столе к пациенту могут быть присоединены электроды высокочастотного электрохирургического аппарата, электроды электрокардиографа, наркозный аппарат, электроотсасыватель, датчики температуры, давления, аппарат сердце — легкие и другая аппаратура. Естественно, что, находясь в центре сплетения проводов, электродов, датчиков, пациент подвергается различным опасностям поражения током, предусмотреть которые заранее весьма сложно. Немало возможностей и косвенного влияния электрической энергии на безопасность пациента. Различного происхождения электрические, магнитные и электромагнитные поля оказывают мешающее действие чувствительной измерительной аппаратуре, осложняя правильное диагностирование. Действие помех на электрокардиостимуляторы, устройства автоматики аппаратов для искусственного дыхания и другую аппаратуру для замещения либо поддержания функций органов организма может иметь катастрофические последствия. Так же чрезвычайно опасно прекращение подачи напряжения питания на замещающую аппаратуру либо на источник освещения при ответственных оперативных вмешательствах. Используемая в медицинских учреждениях аппаратура находится в очень тяжелых условиях эксплуатации. Многие аппараты постоянно передвигают, переносят из палаты в палату, при этом возможны толчки, удары их. Сетевые шнуры и кабели подвергаются натяжению, закручиваясь вокруг окружающих предметов, они постоянно оказываются под ногами пациентов и персонала. Приходится считаться с возможностью воздействия на аппараты различных жидкостей крови, мочи, медикаментов. Тяжелые условия эксплуатации аппаратуры приводят к частым нарушениям ее, выходу из строя. Разнообразие и сложность обстоятельств, в которых оказывается больной в медицинском учреждении, приводит к тому, что для обеспечения его электробезопасности недостаточно отдельных изолированных мер защиты в аппарате или в электрооборудовании здания. Только комплекс согласованных между собой защитных средств, принятых при создании аппарата, а также при оборудовании медицинского учреждения, может обеспечить необходимый уровень электробезопасности. При этом обязательным условием является достаточная квалификация специально обученного медицинского персонала, а также технических работников, обеспечивающих регулярный контроль и ремонт аппаратуры и электрооборудования здания.

24) Классы приборов по способу дополнительной защиты от поражения электрическим током, их обозначения, особенности. Понятие о занулении и заземлении приборов. Техника безопасности при работе с электрическими приборами.

Основное и главное требование — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.

Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппа­ратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основ ной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возмож­ность случайного проникновения и касания внутренних частей ап­паратуры пальцами, металлическими цепочками украшений и т. п. Однако даже если части аппаратуры, находящиеся под напряже­нием, и закрыты от прикосновения, это еще не обеспечивает пол­ной безопасности по крайней мере по двум причинам.

Во-первых, какой бы ни была изоляция между внутренними частями аппаратуры и ее корпусом, сопротивление приборов и ап­паратов переменному току не бесконечно. Не бесконечно и сопро­тивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки.

Во-вторых, не исключено, что благодаря порче рабочей изоля­ции (старение, влажность окружающего воздуха) возникает элект­рическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом — «пробой на корпус», и внешняя, доступная для касания часть ап­паратуры (корпус) окажется под напряжением.

И в одном и в другом случае должны быть приняты меры, кото­рые исключали бы поражение током лиц при касании корпуса при­бора или аппарата. Рассмотрим эти вопросы несколько подробнее.

Сила тока утечки на корпус, как и всякий ток проводимости, по закону Ома зависит от напряжения и сопротивления цепи. Электрическая сеть независимо от нали­чия или отсутствия заземления всегда имеет некоторую проводи­мость относительно земли, которая определяется активным (оми­ческим) сопротивлением R₃ изоляции и заземления и емкостью С₃ проводников сети и земли. Электропроводимость между сетью и корпусом зависит соответственно от омического сопротивления ра­бочей изоляции и от емкости между внутренними частями аппара­туры, находящимися под напряжением, и корпусом, т. е. от R и С_ут.

Так как сила тока утечки существенно влияет на безопасность эксплуатации медицинской аппаратуры, то при конструировании и изготовлении этих изделий учитывают допустимую силу этого тока как при нормальной работе приборов и аппаратов, так и в случае единичного нарушения. Под единичным нарушением по­нимают отказ одного из средств защиты от поражения электриче­ским током. По условиям электробезопасности единичное нару­шение не должно создавать непосредственной опасности для чело­века. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения током. Во всяком случае, ток утеч­ки всегда меньше порога ощутимого тока.

При пробое на корпус доступные (внешние) для касания части аппаратуры оказываются под напряжением. И в этом случае при на­рушенных условиях работы изделий следует предусмотреть возмож­ные способы защиты от поражения электрическим током. К таким основным защитным мерам относятся заземление Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования, с заземляющим устройством.Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. и зануление. Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.

Для понимания физической стороны этих мер нужно знать, как электромедицинская аппаратура подключается к трехфазной системе.

При техническом решении вопроса о наиболее экономной пере­даче переменного тока по проводам русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в конце прошлого века была предложена трехфазная система тока (трехфазный ток).

Обычно электромедицинская аппаратура присоединяется как од­нофазная нагрузка к линейному или фазовому напряжению. Для упрощения предположим, что линейные провода имеют совершенную изоляцию, а нейтральный провод имеет относительно земли сопротивление R_a. Если бы не было защитного заземления R₃, то при пробое и касании человеком корпуса на человеке оказалось бы на­пряжение. Существенно отметить, что благодаря значительному сопро­тивлению R_H пробой на корпус не вызовет аварийного тока, доста­точного для срабатывания предохранителя, поэтому это наруше­ние может остаться незамеченным для персонала. Однако если рядом окажется аппарат (прибор) с пробоем на корпус от другого линейного провода (другой фазы), то между корпусами двух при­боров появится линейное напряжение. Одновременное прикосно­вение к таким корпусам весьма опасно.

В настоящее время в большинстве случаев распространены трехфазные сети с заземленной нейтралью. В этом случае защит­ное заземление малоэффективно. В самом деле, при хорошем за­землении нейтрали R_B мало, например R_u ~ R₃, напря­жение С/ф перераспределится между сопротивлениями, и между корпусом и землей окажется напряжение, равное 0,5 и_ф. Это опасно для человека. Скорее всего при пробое сработает предохранитель, однако это может произойти не сразу или даже вовсе не произойти при недостаточной си­ле аварийного тока. Для того чтобы пред­охранитель сработал, используют другой вид защиты — защитное зануление, при котором корпус аппаратуры соединяют проводниками с нулевым проводом сети. В случае пробоя на корпус возникает короткое замыкание, срабатывает предох­ранитель, и аппаратура отключается от источника напряжения. Так как всегда имеется вероятность обрыв:\ нулевого провода, то нейтраль заземляют в нескольких местах.

Резюмируя сказанное, еще раз отметим, что защитные зазем­ления или зануления должны обеспечивать в установках с изоли­рованной нейтралью безопасную силу тока, проходящего через те­ло человека при замыкании цепи на заземленные части аппарату­ры, в установках с заземленной нейтралью — автоматическое отключение аппаратуры от электрической сети.

Выше были рассмотрены лишь основные вопросы электробезо­пасности при работе с электромедицинской аппаратурой. Так как трудно дать электротехническое описание различных ситуаций, способных повлечь несчастный случай, то ограничимся в заклю­чение лишь некоторыми общими указаниями:

• не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела;

• не работайте на влажном, сыром полу, на земле;

• не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой;

• не касайтесь одновременно металлических частей двух ап­паратов (приборов).

При проведении процедур с использованием электродов, нало­женных на пациента, трудно предусмотреть множество вариантов создания электроопасной ситуации (касание больным отопитель­ных батарей, газовых и водопроводных труб и кранов, замыкание через корпус соседней аппаратуры и т. п.), поэтому необходимо четко следовать инструкции по проведению данной процедуры, не делая каких-либо отступлений от нее.

25)

Надежность медицинской аппаратуры. Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином – «надежность». Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов. Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятностный характер. Так, например, важным параметром является вероятность безотказной работы. Она оценивается экспериментально отношением числа работающих (не испортившихся) за определенное время изделий к общему числу испы-тывавшихся изделий. Эта характеристика оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в заданном интервале времени. Другим количественным показателем надежности является интенсивность отказов. В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на четыре класса. А – изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала. К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями больного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения. Б – изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования аналогичного по функциональному назначению изделия, находящегося в режиме ожидания. К таким изделиям относятся системы, следящие за больным, аппараты стимуляции сердечной деятельности. В – изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс в некритических ситуациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслуживающий персонал, либо приводит только к материальному ущербу. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др. Г – изделия, не содержащие отказоспособных частей. Электромедицинская аппаратура к этому классу не относится.

 26) Применение электроники в медицине многообразно, так как медицинская аппаратура, конструируемая на базе электронных устройств, постоянно растет в количественном отно­шении и совершенствуется качественно. Медицинским прибором принято считать техническое устрой­ство, предназначенное для диагностических или лечебных измерений.

Медицинский аппарат - техническое устройство, позволяю­щее создавать энергетическое воздействие терапевтического или разрушительного свойства, а также обеспечивать в медицинских целях определенный состав различных субстанций.

Как правило, многие показатели жизнедеятельности организ­ма человека (температура, давление, показатели биохимических процессов) преобразовываются в электрические величины, изме­рение которых производится медицинскими приборами. Многие аппараты терапевтического профиля создают энергетический по­ток, в той или иной степени связанный с электричеством.

Можно выделить следующие основные группы электронных приборов и аппаратов, используемых для медико-биологических целей.

1.  Устройства для съема, передачи и регистрации медико-био­логической информации. Это информация о процессах, происходя­щих в организме, о состоянии окружающей среды, о процессах, протекающих в протезах. К числу этих устройств относят баллисто-кардиографы, фонокардиографы, реографы, рН-метры и др.

2.  Электронные устройства, обеспечивающие дозированное воздействие на организм различных физических факторов с целью лечения: аппараты микроволновой терапии, аппараты для электрохи­рургии, кардиостимуляторы и др. С физической точки зрения эти ус­тройства являются генераторами различных электрических сигналов.

3. Кибернетические электронные устройства. К ним относят:

а) электронные вычислительные машины для переработки, хранения и автоматического анализа медико-биологической информации;

б) устройства для управления процессами жизнедеятельности и автоматического регулирования состояния окружающей человека среды;

в) электронные модели биологических процессов и др.

27 Принцип действия электронного усилителя. Схема на транзисторе.Усилители-это устройства, предназначенные для увеличения величины(амплитуды) слабых электрических сигналов. В медицине к таким сигналам относятся: потенциал покоя (ок. – 70 мВ), потенциал действия( амплитудой 100-140 мВ), электрокардиограмма( амплитуда самого большого R-зубца около 1 мВ), электроэнцефалограмма ( амплитуды колебаний менее 100 мкВ) Коэффициентом усилиения (К) називвают отношение величины(амплитуды) усиленного(выходного) сигнаала к величине не усиленного (входного) сигнала. К=Uвых/Uвх (для переменных сигналов здесь берутся амплитудные значения, для постоянных-отношения самих значений сигнала). Главным требованием, предъявляемым к усилителям является отсутствие( или минимальность) привносимых ими искажений. Форма усиленного сигнала должна при усилении оставаться прежней, должен измеряться лишь масштаб сигнала. В качестве основного элемента для усиления используют либо вакуумные электронные лампы, либо: триод, тетрод, пентод, либо полупроводниковый элемент.

Свойства электронной лампы-триода, на котором основана работа усилителя.

Вакуумный триод предстваляетсобо стеклянный или металличсекий баллон, из которого откачсан воздух до давлений менее сотых долей мм.рт.ст и впаяны электроды: катод анод и сетка. Сетка располагается ближе к катоду. Нагревание катода приводит к вылету из него электронов(термоэлектронная эмиссия), в результате чего в лампе может быть создан электрический ток, величина которогоо будет определяться напряжением на аноде и сетке относительно катода. Анодной характеристикой называют график зависимости анодного тока от анодного напряжения при постоянной темпертауре катода( рисунок с двуми линиями)

Сеточной характеристикоц наз. График зависимости анодного тока от сеточного напряжения при постоянной температуре катода и напряжении на аноде.(рисунок с одной линией). Свойство триода состоит в том, что незначительные изменения напряжения сетки лампы вызывают значительные изменения ее анодного тока. Если построить графики анодных и сетончых характеристик в одно масштабе, то это совйство будет проявляться в болшей крутизне сеточной характеристики. Коэффициент усиления триода ( Ктр=∆Ua/∆Uc)∆Ua и ∆Uc-приращения соответствующих напряжений, приводящих к одинаковым изменениям анодного тока.

Схема усилителия на электронной лампе-триоде

Усиливаемое напряжение подается между сеткой и и катодом лапмы, а снимается с резистора R2. На резисторе R1, имеющееся напряжение представляет собой сумму постоянного напряжения от источника питания (Е), подаваемого на анод, и усиленного переменного напряжения. Разделительный конденсатор (Ср) позволяет снимать с резистора R2 только усиленное переменное напряжение. Принцип усиления можно отразить с помощью сеточной характеристики-чем больше наклон сеточной характеристики, тем больше коэффициент усиления.

понятие о транзисторах.

Транзистор-это полупроводник, содерж. Два p-n перехода. Это структура p-n-pили n-p-n типа. Левыйp-nпереход на рисунке 7 включен к источнику тока в прямом пропускающем ток направлении. Он называется эмиттерным переходом. Правый p-n переход включен к источнику в обратном, запирающем ток направлении. Он называется коллекторным переходом. Области транзистора соответственно называются эмиттером, базой и коллектером. Нарисованная схема-схема с общим эмиттером. Свойство транзистора аналогично свойству вакуумного триода-незначительные изменения на базе(или тока базы) приводят к значительным изменениям токка коллектора. Вместо анодной и сеточной характеристик используют понятие входной и выходной характеристик. Выходной характеристикой называется график зависимости тока базы Iб от напряжения на базе Uб при постоянном коллекторном напряженнииUк. (рис. 8) Чем больше Uк, тем сильнее расширяется коллеторный переход на область базы, ток базы уменьш., т.к часть носителей(дырок) попадает при этом в область коллектора.

В ыходной характеристикой называют график зависимости коллекторного тока Iк от напряжения на коллекторе Uк при постоянном токе базы Iб. Выделяют две области: область резкого роста тока и область насыщения(рис. 9) область насыщения Iк обусловлена тем, что при достаточно больших напряжениях Uк>Uк*≈6В коллекторный переход расширяется на всю область базы и дальнейшее увеличение коллекторного напряжения не отражается на изменеииколлекторноо тока. Из сказанного понятно, что область базы должна быть достаточно тонкой. Для транзистора используют понятие коэффициента усиления. Рассматриваемя схема включения транзистора является схемой с общим эмиттером, в этом случае говорят о коэффициенте усиления транзистора по току. Β=∆Iк/∆Iб при Uк>Uк*≈6 В. Этот коэффициент можно вычислить по экспериментальным графикам выходных характеристик. Для случая на рис 9 коэф. Усиления равен β=(3-2)мА/(40-20)мкА=1000мкА/20мкА=50. Коэффициент усиления транизистора и усилителя не одно и то же. На коэффициент усиления усилителя влияет как коэффициент усиления этих элементов, так и значение выходного сопротивления схемы усилителя: Кусилителя=Ктриода/(1+Rтриода/Rвых)

Схема усилителя на транзисторе.

В зависимости от типа транзистора в электрических схемах их обозначают так, как показано на рис. 10. Усиливаемый сигнал подается между эмиттером и базой. Усиленный сигнал снимается с резистора R2, который стоит после разделительного конденсатора в цепи коллектора, как и в схеме с вакуумным триодом(рис. 11) Электрические схемы усилителей на вакуумной лампе и на транзисторе во много аналогчины друг другу. Можно указать аналгоию самих элементов лампы и транзистора: эмиттер соотв. катоду, база-сетке, коллектор-аноду.

28) 9.принцип действия электронного генератора синусоидальных колебаний. Эл. Генератор – устройство, преобразующее энергию источников постоянного напрящения в энергию электромаг-х колебаний различной формы. Синусоидальный=гармонический. Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.

Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты. LC-генератор с перекрёстными связями на кольце из двух инверторов. Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2π и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.

29

Принцип работы электронного осциллографа. Электронно-лучевая трубка. Развертка. Синхронизация. Чувствительность

Электронный осциллограф предназначен для наблюдения временных зависимостей различных как электрических, так и неэлектрических величин.(напр, на нем можно получить график переменного напряжения используемого в повседневной жизни)

Устрройство электронно-лучевой трубки

Ваккумная лампа своеборазной формы, в котрую впаяны катод, дополнительный электрод, два анода(указанные электроды представляют собой электронную пушку). Далее располааются горизонтально отклоняющие пластины и вертикально отколняющие пластины ГОП и ВОП предназначенные для отклоенения электронного луча. Электроны ускоренные и сфокусированные электронной пушкой, пролетая между отклоняющими платиснами будут смещаться в изменяющихся со временем электрических полях. Ввиду того, электроны практически не обладаюют инерцией, они в каждый момент времени будут попадать в различные точки экрана осциллографа и вызывать его свечение. Для получени яэлектронного луча необходимо нагревание катода до больших температур(термоэлектронная эмиссия). Ускорение электронов осуществляется двумя цилиндрическими анодами: поле анодо направлено от второго к первому. Кроме ускоряющего дей-я это поле также фокусирует электронный луч. Эту эе роль играет доп. Электрод.

Генератор для развертки осциллографа.

Этот генератор вырабатывает переменное пилообразное

напряжение регулируемой частоты, которое подается на

ГОП, в результате чего электронный луч периодически смещается в горизонтальном

направлении медленно вправо и практически мгновенно влево.

Основной частью генератораразвертки служит неоновая лампа( способна проводить ток если напряжение на ней превысит некоторое значение, называемое напряжением зажигания). Гашение лампы происходит, если напряжение на ней понизится до некоторого другого значения - напряжения гашения.При включении к источнику постоянного тока R-C цепочки напряжение на конденсаторе (а значит, и на неоновой лампе) нарастает не мгновенно а по закону показательной функции (рис 3): U = Е (1 – ^-t/RC). Величина RC называетсяпостоянной времени и имеет смысл времени, за которое напряжение на лампе нарастет до 63% от максимального значения равного ЭДС цепи Е. Однако в силу указанных выше свойств неоновой лампы при напряжении зажигания Uз происходит разрядка конденсатора через лампу. Так как сопротивление самой лампы в момент, когда через нее течет ток - мало, то время разрядки также ничтожно мало. При уменьшении напряжения до напряжения гашения лампа гаснет, и процесс зарядки конденсатора повторяется. Изменяя значения сопротивления (R) и электроемкости (С) можно регулировать частоту работы генератора развертки и тем самым изменять частоту колебания луча осциллографа в горизонтальном направлении.

Принцип получения изображения - осциллограммы исследуемого напряжения на экране осциллографа.

на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается пилообразное напряжение с генератора развертки, на вертикально отклоняющие пластины подают исследуемое переменное напряжение. Для наблюдения можно взять переменное синусоидальное напряжение с блока питания ВС-30 (величину напряжение установите 2 В. устойчивое изображение исследуемого сигнала достигается только в том случае, когда частота генератора развертки равна или кратна частоте исследуемого напряжения (в данном случае 50 Гц). Если периоды не равны или не кратны - изображение - неустойчивое -наблюдаются мелькания. для получения устойчивой картинки -осциллограммы следует изменять частоту генератора развертки.

Для наблюдения слабых по амплитуде сигналов в осциллографе предусмотрен блок усилителей. Подаваемый на вход Y исследуемый сигнал предварительно усиливается в к раз и только после этого подается непосредственно на вертикальноотклоняющие пластины. Величину усиления можно плавно изменять (до некоторого максимальногозначения). Кромеусилениявертикальногоотклонения (по Y), в осциллографеимеетсяусилительгоризонтальногоотклонения (по X). Напряжениес генратораразвертки всегда подается на горизонтально отклоняющие пластины через этот усилитель. Для наблюдения больших по амплитуде сигналов используется блок - аттенюатор, уменьшающий по величине сигнал в 10 раз, в 100 раз ( то есть вводится затухание сигнала на 10 дБ, на 20 дБ соответственно).

Чувствительность осциллографа и ее измерение.

Подавая на верхнюю пластину “ПЛЮС” мы заставляем электронный луч смещаться вверх.для правой или левой из ГОП-в стороны. Если бы в осциллорафе не было блоков усилителей, электронно-лучевая трубка имела бы небольшую чувствительность. Чувствительностью осциллографа (электронно-лучевой трубки) называется величина равная отношению смещения луча (L) к поданному отклоняющему напряжению(и):

S = L / U .

Чтобв рассчитать чувствительность одной ЭЛТ. следует рассмотреть траекторию движения электрона в электрическом поле между отклоняющими пластинами (Рис 4). Пролетая между пластинами, электрон движется по параболе, далее прямолинейно.Чувствительность осциллографа больше чувствительности одной ЭЛТ во столько раз во сколько раз будет усилен исследуемый сигнал усилителем.

чувствительностьизмеряют, чтобы можно было рассчитать величину (амплитуду) изучаемого напряжения. Для измерения чувствительности используем переменное синусоидальное напряжения. Напряжение, показываемое прибором в цепи переменного тока - это не максимальное (или амплитудное) значение и эффективное (или действующее) значение, меньшее максимального в корень из 2 раз!

Поэтому если выключить генератор развертки и измерить длину вертикальной линии при данном напряжении 2В, точувствительность следует рассчитывать по формуле: S = L / (2*1,4* U) , ввиду того, что длина линии L соответствует не эффективному значение переменного напряжения, а удвоенному амплитудному значению, большему чем эффективное в 2*1,4 раза (рис 5).Замечание: Измерение чувствительности осциллографа следует проводить при ослаблении сигнала в 100 раз и при максимально введенном усилении. Это позволит вычислить максимально возможную чувствительность приотсутствие ослабления, когда ручка ослабление в положении 1:1 - она будет в 100 раз больше измеренной чувствительности.