3.3.5. Медицинская электроника

Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и гибели пациентов.

Надежность – это способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение данного интервала времени.

Надежность имеет вероятностный характер.

Вероятность безотказной работы оценивается экспериментально отношением числа N исправных на данный момент t изделий к общему числу N₀ изделий, взятых для испытаний:

Р(t) = N(t)/N₀. (3.3.20)

Количественным показателем надежности является также

Интенсивность отказов – отношение числа отказов в единицу времени dN/dt к общему числу N работающих изделий:

 = – . (3.3.31)

Знак «–» взят потому, что dN  0, так как число работающих изделий убывает со временем.

В схемы медицинских электронных приборов и аппаратов входят усилители. Их применяют для усиления слабых биопотенциалов в системах, регистрирующих медико-биологическую информацию.

Усилитель электрических сигналов (электронный усилитель) – устройство, увеличивающее эти сигналы без изменения их формы.

Характеристики и параметры усилителя (по напряжению):

1) Входное сопротивление R_вх – сопротивление между его входными клеммами, которое можно найти с помощью закона Ома для однородного участка цепи (2.3.42):

R_вх = U_вх/I_вх. (3.3.32)

2) Коэффициент усиления усилителя равен отношению сигнала на выходе усилителя к значению сигнала на входе:

К = U_вых/U_вх. (3.3.33)

Если К имеет значения, не достаточные для получения на выходе сигнала нужного напряжения, то соединяют несколько усилителей. Каждый отдельный усилитель называется при этом усилительным каскадом. Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов равен произведению коэффициентов усиления усилителей всех используемых каскадов:

К_общ = К₁ К₂ К₃… (3.3.34)

Пример 32. Определить вероятность безотказной работы аппарата УВЧ-30, если известно, что через 1460 часов эксплуатации двадцати аппаратов в заданных условиях из строя вышли три аппарата. Найти интенсивность отказов аппарата УВЧ-30 в заданных условиях.

Дано: N₀ = 20,

N = 20 – 3 = 17.

Найти: Р, .

Решение. Запишем формулу (3.3.30) и подставим в нее числовые данные:

Р = N/N₀ = 17/20 = 0,85.

Таким образом, вероятность безотказной работы аппарата УВЧ-30 составляет 0,85.

Интенсивность отказов аппарата УВЧ-30 найдем из формулы (3.3.31):

 = – = () = 1,2110^–4 час^–1.

Ответ: 0,85; 1,2110^–4 час^–1.

Пример 33. На вход трехкаскадного усилителя подается напряжение 2 мВ. Напряжение на выходе равно 30 В. Определить напряжение на выходе первого каскада и его коэффициент усиления, если коэффициенты усиления второго и третьего каскадов равны соответственно 30 и 10.

Дано: U_вх = 2 мВ = 210^–3 В,

U_вых = 30 В,

К₂ = 30,

К₃ = 10.

Найти: К₁, U_вых1.

Решение. Напряжение на выходе трехкаскадного усилителя, как следует из (3.3.33) и (3.3.34):

U_вых = К₁ К₂ К₃U_вх, откуда

К₁ = U_вых/(К₂К₃U_вх) = 30/(3010210^–3) = 50.

Напряжение на выходе первого каскада:

U_вых1 = К₁U_вх = 50210^–3 = 0,1 В.

Ответ: 50; 0,1 В.

Пример 34. Определить коэффициент усиления трехкаскадного усилителя по мощности, если коэффициенты усиления первого и второго каскадов равны 40, напряжение на выходе второго каскада 2 В. Входное и выходное сопротивление усилителя соответственно равны 3 кОм и 30 Ом, а напряжение на выходе равно 10 В.

Дано: К₁ = К₂ = 40,

U_вых2 = 2 В,

U_вых = 10 В,

R_вх = 3 кОм = 3000 Ом,

R_вых = 30 Ом.

Найти: К_р (коэффициент усиления по мощности).

Решение. Мощность усилителя определяется формулой (2.3.45):

Р = I²R = UI = U²/R,

а коэффициент усиления трехкаскадного усилителя по мощности (по аналогии с (3.3.33)) как

К_р = Р_вых/Р_вх. (3.3.35)

Выразим входную и выходную мощности из (2.3.45) и подставим (3.3.35):

К_р = Р_вых/Р_вх = (U²_вых/R_вых)  (U²_вх/R_вх) = (10²/30)  (U²_вх/3000) = 10000/U²_вх.

Найдем входное напряжение:

U_вых2 = К₁К₂U_вх , откуда U_вх = U_вых2/(К₁К₂) = 1,2510^–3 В.

Тогда коэффициент усиления по мощности трехкаскадного усилителя

К_р = 10000/U²_вх = 10000/(1,2510^–3)² = 6410⁸.

Ответ: 6410⁸.

ВАРИАНТЫ ТЕСТОВ