МИНОБРНАУКИ РОССИИ

__________________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

___________________________________________

А. А. АНИСИМОВ А. В. БЕЛОВ Т. В. СЕРГЕЕВ

ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2021

1

УДК 621.396.6 (07) ББК З 973.26 я7 А36

Анисимов А. А., Белов А. В., Сергеев Т. В.

А36 Основы медицинской электроники: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2021. 112 с.

ISBN 978-5-7629-2937-0

Рассматриваются теоретические и практические аспекты разработки аналоговых электронных схем с примерами на базе САПР Микрокап 12.

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии». Может быть полезно магистрантам, обучающимся по направлению 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии», и аспирантам, обучающимся по направлению подготовки кадров высшей квалификации 12.06.01 «Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии».

УДК 621.396.6 (07) ББК З 973.26 я7

Рецензенты: кафедра медицинской радиоэлектроники ГУАП (канд. техн. наук, доц. О. В. Тихоненкова); д-р биол. наукН. Б. Суворов(ФГБНУ «ИЭМ»).

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

2

Введение

Пособие посвящено аналоговой схемотехнике основных электронных узлов медицинской техники: усилителям, генераторам, фильтрам. Пособие базируется на материалах лекций, которые в течение нескольких лет читались авторами студентам кафедры биотехнических систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Понятия и принципы работы полупроводниковых усилителей составляют базис, на котором строится современная микроэлектроника, поэтому одной из основных задач пособия является ознакомление студентов с принципами работы и расчета полупроводниковых усилителей с использованием программ схемотехнического моделирования.

С одной стороны, авторы не питают иллюзий по поводу возможности изложения всех тонкостей разработки полупроводниковых усилителей в рамках этой работы. С другой стороны, современная отечественная литература, посвященная вопросам аналоговой схемотехники, имеет много методических недостатков, в частности, перегружена рассмотрением второстепенных деталей, не позволяя сфокусировать внимание студента на сущности расчета и проектирования схем. Поэтому своей главной задачей авторы считают обучение аналоговой схемотехнике «в первом приближении», не вдаваясь в детали инженерного проектирования усилителей, а раскрывая его суть.

Используется подход, ставящий во главу угла понимание основ проектирования усилительных каскадов. При этом для внесения ясности в вопросы проектирования усилителей не рассматриваются вопросы гибридных h-параметров транзистора и его эквивалентных схем замещения. Начальный этап проектирования максимально упрощен, а использование внешних генераторов сигналов, разделительных конденсаторов, элементов нагрузки и динамических параметров усилителя вводится в рассмотрение постепенно. Целесообразность такого подхода связана с возможностями программ схемотехнического моделирования, исключающих необходимость ручного расчета различных паразитных параметров схемы. Таким образом, на первом этапе проектирования основной акцент сделан на расчете схемы усилителя по постоянному току (DC – direct current), который и выполняется непосредственно разработчиком (студентом), а параметры спроектированного каскада в динамическом режиме, т. е. по переменному току (AC – alternative current), вычисляются в программе схемотехнического моделирования. Это, в частно-

3

сти, оправдано тем, что разработчик не может влиять на динамические параметры, задаваемые свойствами выбранного транзистора, поэтому улучшить динамические параметры усилителя возможно только выбором более высокочастотного транзистора.

Необходимо еще раз подчеркнуть важность использования программы схемотехнического моделирования при изучении пособия. Все приведенные в пособии схемы могут быть промоделированы, что, несомненно, важно для понимания их работы. На взгляд авторов, самой удобной и эффективной программой для аналогового схемотехнического моделирования является MicroCap (Spectrum Software), особенно для учебных целей, поскольку по срав-

нению с программами NI Multisim (ранее Electronics Workbench), Simulink,

Proteus, PSpice и другими, она обладает рядом преимуществ, среди которых можно выделить следующие:

–доступность полной бесплатной версии программы;

–удобный, максимально дружественный интерфейс, позволяющий быстро, без больших усилий освоить правила работы с программой;

–большое число указателей и средств локальной поддержки, а также множество примеров моделируемых схем;

–возможность структурного моделирования на основе встроенных и создаваемых пользователем макросов;

–возможность выполнять математические действия с используемыми переменными;

–возможность выбора и отображения на графиках большого количества переменных (до 20) в линейном, полулогарифмическом и логарифмическом масштабах;

–удобный перенос схем и графиков результатов моделирования в стандартный текстовый процессор Word как в виде растровой, так и векторной графики.

Данное пособие совместно с самостоятельным моделированием приведенных в нем схемотехнических решений позволит студенту в дальнейшем осваивать и разрабатывать новые схемы, а кроме того, перейти к использованию программ сквозного проектирования радиоэлектронных средств.

4