3.3 Технические характеристики реографа

Количество каналов:

Реограммы…………………………………………………………………………4

дифференцированной реограммы………………………………………………..4

Частота генератора………………………………………………………...120 кГц

Чувствительность каналов ( при R₆ = 100 ом )………...не ниже 3 мВ на 0,1 Ом

Диапазон настройки…………………………………………………..25 + 500 Ом

Амплитуда калибровок ( в Ом)………………………………...0,2; 0,1;0,05; 0,02

Допустимый уход баланса:

( при уменьшении реограммы на 10%)……………………±5 Ом (R₆ = 100 Ом)

Собственные шумы, приведенные к входу не более………………..0,0025 Ом

Взаимовлияния каналов (на эквиваленте)…………………………. не более 2%

Выходное сопротивление при записи реограммы………………………...5 кОм

Выходное сопротивление при записи дифф. реограммы………………200 кОм

Полоса пропускания……………………………………….0-500 Гц ; 0,2-500 Гц

Ток высокой частоты через объект не более……………………………...2,5 мА

Постоянная дифференцирования……………………………………………10 мс

Время непрерывной работы без смены питания:

• генератора не менее………………………………………………...100 час.

• усилителей не менее………………………………………………..500 час.

Габаритные размеры………………………………………….324 х 234 х 120 мм

Beс прибора (без соединительных шлангов)……………………………....4,8 кг

3.4 Конструкция прибора

Прибор выполнен в виде малогабаритного блока с наклонной лицевой панелью, на которую выведены вое руч­ки управления. В центре панели расположены общие орга­ны управления, слева и справа – попарно - симметрично ор­ганы управления каждым каналом (рис. 3).

Общие органы управления:

Тумблер включения генератора………………………………..5

Тумблер включения каналов……………………………………2

Микроамперметр (индикатор)……………………………….....4

Переключатель амплитуда калибровки……………………....11

Кнопки калибровки…………………………………………….13

Переключатель настройки и контроля…………………….....12

Органы управления каналами:

Входные гнезда для подключения пациента…………………..16

Эквивалентное сопротивление…………………………………15

Тумблер подключений эквивалента либо пациента…………..14

Сопротивление баланса………………………………………....17

Ручка усиления…………………………………………………....6

Переключатель полосы пропускания…………………………....1

Батареи питания генератора (9) и каналов (10) расположены на нижнем основании прибора. На задней стенке расположен выходной разъем (З, 8) а клеммы заземления прибора (7).

Рисунок 3 – Внешний вид реографа 4-РГ-1.

4. Расчет ВЧ генератора

На рисунке 4 избражена принципиальная электрическая схема транзисторного ВЧ генератора.

Рисунок 4 – Транзисторный ВЧ генератор.

Основными техническими данными для расчета транзисторного LC-генератора являются: выходная мощность, отдаваемая автогенератором в нагрузку, Р_вых и частота генерируемых колебаний f_р.

1.Выбираем тип транзистора. При заданном значении Р_вых мощность Р_к, которую должен отдать транзистор в контур, составляет

Р_К =Р_вых/η_к,

Вт

Где η_к, - КПД контура.

При повышенных требованиях к стабильности частоты автогенератора КПД контура η_к выбирают в пределах 0,1…1,2. В остальных случаях его можно увеличить до 0,5…0,8.

Выбирая транзистор, необходимо исходить из условий

Р_{К max} >P_K ,

f_max ≥f_p,

где Р_{К max} –максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора выбранного транзистора; f_max –максимальная частота генерации биполярного транзистора; выбранного типа. Параметры Р_{К max} = 0,4Вт. и f_max = 200 МГц. высокочастотных транзисторов приведены в справочнике по полупроводниковым приборам (взяли транзистор КТ 668В, или его аналог BС393)

2. Рассчитываем энергетический режим работы генератора. Выбираем импульс коллекторного тока косинусоидальной формы. Считая, что в критическом режиме угол отсечки тока коллектора θ=90^° ,по графикам (рис. 5) находим коэффициенты разложения импульса коллекторного тока α₁=0,5; α₀=0,318.

Находим усредненное время движения τ_п носителей тока между p-n переходами транзистора по формуле

τ_п≈1/2πf_max

c

Вычисляем угол пробега носителей тока

φ_пр=2πf_рτ_п

Вычисленное по формуле значение φ_пр выражаем в градусах. При этом учитываем, что при φ_пр=2π угол φ_пр=360^°. Находим угол отсечки тока эмиттера

θ_э=θ-φ^°_пр

;

По графикам (рис. 5) определяем коэффициенты разложения импульса эмитерного тока α_1(Э) и α_0(Э)

Рисунок 5 – График для определения значений.

Напряжение питания можно определить по формуле при этом U_k берем в пределах 0,8…1,2 В:

;

Коэффициент использования коллекторного напряжения выбираем из соотношения:

ξ=1-2Р_к/Е_к²S_крα₁

;

где S_кр – крутизна линии критического режима выбранного транзистора (при отсутствии данного параметра в справочнике значение S_кр определяют графически в семействе идеализированных выходных характеристик транзистора; из справочника возьмем S_кр=0,03).

Определяем основные электрические параметры режима:

амплитуду переменного напряжения на контуре

U_мк=ξ|E_k|;

амплитуду первой гармоники коллекторного тока

I_K1m=2P_K/U_mk;

Постоянную составляющую коллекторного тока

I_Kпост=α₀I_K1m/α₁

;

максимальное значение импульса тока коллектора

I_{Kи max}= I_K1m/α₁

;

мощность, расходуемую источником тока в цепи коллектора

Р₀=I_Kпост|E_k|;

;

мощность, рассеваемую на коллекторе

Р_{К рас}=Р₀-Р_К

;

причем необходимо, чтобы

Р_{К рас}<Р_{K max}

КПД по цепи коллектора

η=Р_К/Р₀

;

Эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора

R_рез=U_mk/I_K1m

;

Находим коэффициент передачи тока транзистора в схеме с ОБ на рабочей частоте

h_21б(f_p)=h_21б/

;

Где h_21б(f_p) – коэффициент передачи тока; f _h21б(f_p)-предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора выбранного типа.

Для определения параметра h_21б (значение которого не всегда приводится в справочниках) может быть использована формула

h_21б= h_21э/(1+ h_21э)

;

где h_21э-коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ.

Определяем амплитуду первой гармоники тока эмиттера

I_Э1m=I_K1m/ h_21б(fp)

;

Находим амплитуду импульса тока эмиттера

I_{Э u max}= I_Э1m/α_1(Э)

;

Рассчитываем амплитудное значение напряжения возбуждения на базе транзистора, необходимое для обеспечения импульса тока эмиттера I_{Э u max} без учета влияния частоты

U_БЭm= I_{Э u max}/(1-cosθ_э)S₀

;

где S₀-крутизна характеристики тока коллектора.

Определяем напряжение смещения на базе, обеспечивающее угол отсечки тока эмиттера,

U_БЭсм=Е_с+ U_БЭmcosθ_э

;

где Е_с – напряжение среза.

В случаях, когда значение напряжения среза в справочниках не приводится, его можно найти по идеализированным (спрямленным) характеристикам транзистора или ориентировочно принять равным Е_с=(0,1…0,2)В (полярность Е_с зависит от типа транзистора: для транзисторов p-n-p на базу подается отрицательное, а для транзисторов n-p-n положительное напряжение смещения).

Находим коэффициент обратной связи

К_св= U_БЭm/U_mk

;

Для выполнения условия баланса амплитуд необходимо выполнить условие

К_св≥ К_{св min}=1/S₀R_рез

;

Рассчитываем сопротивление резисторов R1и R2. Для этого задаемся током делителя, проходящим через эти резисторы

I_Д≈5I_Бпост

;

где I_Бпост - постоянная составляющая тока базы выбранного транзистора. Величину I_Бпост можно найти по формуле

I_Бпост=I_Kпост/h_21Э

;

(h_21Э – статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора выбранного типа в схеме с общим эмиттером).

Зная I_Д, находим R2 по формуле

R₂= U_БЭсм/ I_Д

;

Поскольку ток делителя на много превышает ток базы транзистора, последний не изменит существенно ток, протекающий через резистор R1. поэтому

R₁=(E_k-U_БЭсм)/I_Д

;

Мощность, рассеиваемая на резисторах R1 и R2, соответственно равна P_R1=I²_ДR₁; P_R2=I²_ДR₂. С учетом этих значений выбираем стандартный тип резисторов R1 и R2 по шкале номинальных сопротивлений резисторов.

Находим емкость разделительного конденсатора С1 С₁≈(10…20) С_э, где С_э – емкость эмитерного перехода транзистора.

С1 = 15·70 Пф = 1 нФ

Элементы цепочки термостабилизации R₃C₂ определяются так же, как и при расчете избирательного усилителя на транзисторе

R₃≈U_Э/I_Эпост

;

где U_Э падение напряжения на резисторе эмиттерной стабилизации (порядка (0,7…1,5)В); I_Эпост – постоянный ток эмиттера (I_Эпост≈I_Кпост).

Емкость конденсатора С2 равна

С2≥(15…30)10³/f_pR₃

;

Где С2 выражается в микрофарадах; f_p – мегагерцах; R₃ – в килоомах

Стандартные значения R₃ и С2 выбираются по шкале нормальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

3. Определяем параметры контура.

Добротность нагруженного контура подсчитывается по формуле

Q'=Q(1-η_к)

;

где η_к – КПД контура.

Находим минимальную общую емкость контура С_{к min} по приближенной формуле

С_{к min}≈(1…2)λ_р

;

λ_р – рабочая длина волны колебаний (λ_р=с/f_p, где с – скорость света), м; С_{к min} выражается в пикофарадах).

В общую емкость контура С_{к min} входят емкость конденсатора С3 (рис. 9.2 а) и выносимые (паразитные) емкости: выходная емкость транзистора, емкость катушки контура, емкость монтажа и др. Общая величина вносимой емкости С_вн обычно составляет десятки пикофарад. Следовательно, емкость конденсатора контура С3 мажет быть найдена по формуле

С₃≈ С_{к min}-С_вн

;

Вполне понятно, что формула позволяет установить лишь ориентировочное значение емкости С3; более точное значение определяется в процессе настройки схемы.

Рассчитываем общую индуктивность контура L_k

L_k=0.282λ²_p/С_{к min}

;

где L_k выражается в микрогенри; λ_р – в метрах; С_{к min} – в пикофарадах.

Определим волновое (характеристическое) сопротивление контура

ρ=10³

;

(ρ выражается в омах; L_k – в микрогенри; С_{к min} – в пикофарадах.

Находим сопротивление потерь контура

R_п=ρ/Q^'

;

Рассчитываем сопротивление, вносимое в контур

R_вн= R_пη_к/(1-η_к)

;

Полное сопротивление контура равно

R_K= R_п+ R_вн

;

Определяем амплитуду колебательного тока в нагруженном контуре

I_mk=

;

Находим величину индуктивности L2 связи контура с базой транзистора (приложение)

L₂=K_свL_k

;

Определяем величину индуктивности связи контура с коллектором транзистора

L₁=L_k-L₂

;

5. Расчет аттенюатора

Схема аттенюатора на основе одного трехдецибельного моста представлена на рисунке 6. Вход и выход являются взаимно развязанными плечами. Мощность, поступающая на вход аттенюатора, делится поровну между плечами моста, к которым подключены p-i-n – диоды. Падающая мощность частично поглощается диодами, частично отражается. Отраженные сигналы складываются синфазно на выходе и противофазно на входе. Аттенюатор оказывается согласованным с генератором при любых сопротивлениях диодов.

Рисунок 6 - Схема аттенюатора.

В схеме будем использовать p-i-n – диод 2А503А, имеющий подходящие электрические параметры и конструктивное исполнение. Внешний вид диода показан на рисунке 7.

Рисунок 7 - Внешний вид диода АА721А.

Необходимым требованиям отвечает двухшлейфный направленный ответвитель, представляющий собой два отрезка линии передачи, соединенных между собой двумя шлейфами, длина которых равна четверти длины волны в линии (рисунок 8,9).

Рисунок 8 - Топология двухшлейфного направленного ответвителя.

Рисунок 9 - Топология двухшлейфного направленного ответвителя.

В данном ответвителе

Ом,

а Ом.

При Z_в = 35,35 Ом, ширина микрополосковой линии W = 2,13 мм, длина волны в линии

мм,

мм.

При Z_в = 50 Ом, ширина микрополосковой линии W = 1,01 мм, длина волны в линии

мм,

мм.

Требуется рассчитать блокировочный дроссель L2 и блокировочную емкость С1, а также разделительные емкости С2 и С3.

,

где .

нГн.

Выберем L2 = 22нГн.

Емкости выбираем из условия:

;

Ф.

Выберем С_бл = 4,7 пФ.

Разделительные емкости найдем из условия:

Ом.

Тогда

Ф.

Выберем С_р = 47 пФ.

6. Заключение

В данной курсовой работе был рассмотрен реограф 4-РГ-1. Были отображены его структурная и принципиальная схемы, внешний вид, технические данные. Подробно описан принцип работы прибора, а так же принцип измерения и построения реограммы.

7. Список литературы

1. Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология в клинической и

исследовательской практике . М.: НПО,1999

2. http://lainslav.narod.ru/med.files/reograf.htm

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: МИР, 1982

4. Маята В.С. Диагностическая и терапевтическая техника. М.: Медицина, 1969