ФБГОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Институт Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова

Кафедра Основ радиотехники

Методические указания к проведению лабораторных работ по курсу «Введение в медицинскую электронику»

Москва 2016

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

1. ИССЛЕДУЕМЫЕ СИГНАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ 4

1.1. Гармонический сигнал 4

1.2. Амплитудно-модулированный сигнал 5

1.3. Спектральное представление сигналов 7

1.4. Биполярный транзистор и его характеристики 9

2. Используемые приборы 12

2.1. Осциллограф 12

2.1.1. Принцип действия осциллографа 12

2.1.2. Цифровой осциллограф АКТАКОМ ADS-2061MV 19

2.2. Милливольтметр В3-38 33

2.3. Генератор сигналов специальной (произвольной) формы 35

АКТАКОМ AWG-4110 35

3. Описания лабораторных работ 41

3.1. Измерения с помощью осциллографа и вольтметра 41

3.2. Измерения параметров выходных сигналов генератора сигналов специальной (произвольной) формы 45

3.3. Биполярные транзисторы. Основные характеристики и применение 50

Литература 53

Предисловие

Настоящее пособие предназначено для студентов первого курса, обучающихся по направлению 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии» по профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и изучающих дисциплину «Введение в медицинскую электронику».

Целью лабораторного практикума является знакомство студентов с основными приборами, используемыми в инженерной деятельности: вольтметром, осциллографом, генератором стандартных сигналов, с основными элементами электронных схем, простейшими электронными устройствами и методами их экспериментального исследования.

Сборник содержит описания трех лабораторных работ, каждая из которых рассчитана на 4 часа, включая оформление отчетов. Лабораторные работы проводятся фронтальным методом. Домашняя подготовка по лабораторным работам не предусмотрена. В конце описания каждой лабораторной работы приведены контрольные вопросы, с помощью которых студенты могут самостоятельно проверить степень своей готовности к защите лабораторных работ.

Описания лабораторных работ предваряются информацией о применяемых в лаборатории сигналах и используемых для их формирования и исследования приборах. Данная информация необходима студентам для выполнения лабораторных заданий, а также для лучшего понимания и усвоения предмета.

1. Исследуемые сигналы и элементы

1.1. Гармонический сигнал

Гармоническое напряжение (рис. 1.1) имеет вид

u(t) = U_m cos(t + ). (1.1)

Рис. 1.1. Гармонический сигнал

Параметры гармонического сигнала:

1) U_m [В] – амплитуда (максимальное отклонение сигнала от нулевого уровня);

2)  [рад/с] – угловая частота, связана с частотой сигнала f [Гц = 1/с] соотношением

 = 2f; (1.2)

3) T [с] – период (время, за которое колебание совершает полный цикл)

, (1.3)

4)  [рад] – начальная фаза (определяет сдвиг косинуса по оси времени, например, на рис. 1.1  = /4);

5) u_д [В] – действующее значение (значение постоянного напряжения, при котором за время T на резисторе выделяется такое же количество теплоты, что и для переменного), определяется формулой

. (1.4)

1.2. Амплитудно-модулированный сигнал

Амплитудно-модулированным (АМ) сигналом называется гармонический сигнал, амплитуда которого изменяется пропорционально передаваемому информационному сигналу s(t):

u(t) = U_m [1 + M s(t)] cos(₀t + ).

Рассмотрим АМ-сигнал с однотональной модуляцией (рис. 1.2):

u(t) = U_m [1 + M cos(t + )] cos(₀t + ). (1.5)

Рис. 1.2. Сигналы с амплитудной модуляцией: а – при коэффициенте модуляции М < 1; б – при коэффициенте модуляции М = 1

Параметры АМ-сигнала:

1) U_max – максимальное значение амплитуды АМ-сигнала, определяется формулой (1.5) при cos(t + ) = 1:

U_max = U_m (1 + M); (1.6)

2) U_min – минимальное значение амплитуды АМ-сигнала, определяется формулой (1.5) при cos(t + ) = –1:

U_min = U_m (1 – M); (1.7)

3) M – коэффициент модуляции, характеризует глубину модуляции, т. е. насколько сильно изменяется амплитуда, экспериментально может быть определен по формуле, следующей из (1.6) и (1.7),

. (1.8)

Минимальное значение коэффициента модуляции М = 0, при этом формула (1.5) становится идентичной формуле (1.1). Максимальное значение коэффициента модуляции M = 1, тогда амплитуда изменяется от 0 до 2U_m (рис. 1.2, б).

4) U_m – среднее значение амплитуды АМ-сигнала (амплитуда немодулированного сигнала, при М = 0);

5) ₀ – угловая частота несущего сигнала (высокочастотного заполнения АМ-сигнала), связана с частотой несущего сигнала f₀ соотношением (1.2);

6) T₀ – период несущего сигнала (рис. 1.2, б):

, (1.9)

7)  – начальная фаза несущего сигнала;

8)  – угловая частота модулирующего сигнала (огибающей АМ-сигнала), связана с частотой модулирующего сигнала F соотношением (1.2), т.е.  = 2πF;

9) T_ – период модулирующего сигнала (рис. 1.2, а):

, (1.10)

10)  – начальная фаза модулирующего сигнала;

11) u_д – действующее значение АМ-сигнала, определяется формулой

. (1.11)