КоврижныхДВ_Лаб.практикум по мед.электронике

III.2. Соберите схему, изображенную на Рис. 7.4. Изменяя значения переменного резистора, исследуйте зависимость выходного напряжения от величины сопротивления. Заполните Таблицу 7.8 и по полученным данным постройте график зависимости выходного напряжения в милливольтах и величины сопротивления в омах. Для перевода сопротивления резистора из процентов в омы используйте данные, полученные в Лабораторной работе № 1.

Таблица 7.8.

Рассмотренная выше схема пригодна измерения больших сопротивлений. При уменьшении величины сопротивления биоткани на измеряемое значение начинают влиять сопротивления соединительных проводов и электродов, поэтому точность измерений уменьшается. Для уменьшения влияния сопротивления проводов и электродов на выходное напряжение используются другие, более сложные схемы преобразователей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Объясните назначение и условное обозначение операционного усилителя.

2.Основные характеристики операционного усилителя.

3.Неинвертирующий усилитель на ОУ. Коэффициент передачи неинвертирующего усилителя.

4.Неинвертирующий сумматор на операционном усилителе.

5.Преобразователь электрического сопротивления в напряжение.

Подготовьте реферат на одну из тем:

1.Принципиальная схема операционного усилителя.

2.Активные фильтры на операционных усилителях. Принципиальная схема фильтра низких частот.

3.Активные фильтры на операционных усилителях. Принципиальная схема фильтра высоких частот.

4.Активные фильтры на операционных усилителях. Принципиальная схема полосового фильтра.

5.Активные фильтры на операционных усилителях. Принципиальная схема заграждающего (режекторного) фильтра.

51

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 ИЗУЧЕНИЕ ИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ.

ИНВЕРТИРУЮЩИЙ СУММАТОР ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА

Цель лабораторной работы: исследование характеристик инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора.

Теоретическая подготовка:

Для подготовки к данной работе повторите теоретический материал по теме «Операционный усилитель и аналоговый перемножитель» [10; сс. 165–166].

Порядок выполнения работы: I Изучение инвертирующего усилителя.

I.1. Для изучения инвертирующего операционного усилителя необходимо рассчитать сопротивления R1 и RОС для заданных значений коэффициентов усиления и опорного

значения сопротивления R1 по формуле K = ROC * и заполнить Таблицу 8.1. R1

Таблица 8.1. Значения сопротивлений R1 и RОС для заданных коэффициентов усиления КОСТЕОР.

I.2. Для изучения инвертирующего усилителя соберите схему, изображенную на Рис. 8.1.

Рисунок 8.1. Схема инвертирующего усилителя.

Данная схема подключения осциллографа позволяет наглядно сравнивать выходное и выходное напряжения, определять коэффициент усиления и смещение по фазе.

* Так как знак «–» говорит об обращении фазы сигнала, то для расчета значений сопротивлений его опустим.

52

I.3. Устанавливая значения сопротивлений R1, и RОС, определите амплитудное значение выходного напряжения UВЫХ и заполните Таблицу 8.2. При наблюдении сигнала подбирайте значения делителей напряжения на каналах А и В так, чтобы обе осциллограммы полностью помещались на экране. Определите смещение сигнала по фазе.

Таблица 8.2. Амплитудные значения выходного напряжения UВЫХ.

I.4. Рассчитайте эффективное значение выходного напряжения UВЫХэф и экспериментальные

значения коэффициентов усиления KOCэкспер = UВЫХэф . Заполните Таблицы 8.3 и 8.4.

UВХ

Таблица 8.3. Эффективные значения выходного напряжения UВЫХэф.

Таблица 8.4. Экспериментальные значения коэффициента усиления КОСэкспер.

Сравните полученные результаты в Таблицах 8.1 и 8.4 и сделайте выводы.

II Изучение инвертирующего сумматора.

II.1. Операционные усилители можно использовать для построения схем, выполняющих различные алгебраические операции. Инвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму нескольких переменных и меняет ее знак на противоположный. Для изучения инвертирующего сумматора соберите схему, изображенную на Рис. 8.2.

Рисунок 8.2. Схема инвертирующего сумматора.

Сигнал на выходе данной схемы может быть рассчитан по формуле: UВЫХ = – (U1 × K1 + U2 × K2),

53

где K1 и K2 – масштабирующие коэффициенты:

K1 = RОС / R1 и K2 = RОС / R2.

Не меняя значений R1, U1 и U2, изменяйте значения сопротивления R2 и RОС и запишите экспериментальные значения выходного напряжения UВЫХ. Заполните Таблицу 8.5.

Таблица 8.5.

Рассчитайте теоретические значения выходного напряжение и заполните Таблицу 8.6.

Таблица 8.6.

Сравните полученные результаты и сделайте выводы.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ СРС. III Изучение упрощенной схемы электрокардиографа.

III.1. Рассмотрим компенсацию синфазных наводок и помех в принципиальной схеме электрокардиографа. Подобные схемы применяются для подавления сетевых помех и компенсации напряжения электрохимического равновесия «электрод – биообъект». Соберите схему, изображенную на Рис. 8.3. В данной схеме рассмотрено отведение «левая рука – правая рука». Обратите внимание на наличие смещения по фазе в источниках переменного напряжения.

Рисунок 8.3. Принципиальная схема электрокардиографа.

54

Включите схему и измерьте амплитуду и период выходного сигнала. Рассчитайте коэффициент усиления.

Для изучения влияния наводок в этой схеме добавьте источники синфазного переменного напряжения с большим значением амплитуды сигнала, как это показано на Рис. 8.4.

Рисунок 8.4. Принципиальная схема электрокардиографа с источниками синфазных наводок.

Включите схему. Измерьте амплитуду и период выходного сигнала. Рассчитайте коэффициент усиления и сделайте вывод о влиянии синфазных наводок на величину и форму выходного сигнала.

При регистрации потенциалов, имеющих очень малые значения, например, в электрокардиографии и электроэнцефалографии, даже слабые наводки приводят к существенным искажениям получаемых результатов. Одним из способов борьбы с наводками является электростатическое экранирование, которое, однако, не избавляет от наводок, обусловленных магнитными полями.

Рисунок 8.5. Схема активной компенсации синфазного сигнала (по Дж. Вебстеру).

55

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

И ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ (МУЛЬТИВИБРАТОРА). ЭЛЕКТРОАКУПУНКТУРНЫЙ СТИМУЛЯТОР

Цель работы: исследование работы генератора гармонических колебаний и генератора прямоугольных импульсов (мультивибратора), а также аккупунктурного стимулятора.

Теоретическая подготовка:

Для подготовки к данной работе повторите теоретический материал по теме «Автогенераторы гармонических колебаний» [10; сс. 182–192].

В медицинской технике генераторы прямоугольных импульсов и гармонических сигналов применяются в аппаратах для электросна и обезболивания, электродиагностики и электростимуляции мышц, аппаратах для терапии синусоидальными импульсными и модулированными токами, аппаратах для УВЧ, и СВЧ и ультразвуковой терапии, а также диатермии, электрохирургии, дарсонвализации, индуктотермии и т.д.

Порядок выполнения работы: I Изучение генератора гармонических колебаний.

I.1. Для исследования генератора гармонических колебаний необходимо собрать схему, изображенную на Рис. 9.1.

Рисунок 9.1. Генератор гармонических колебаний.

Установите амплитудное значение делителя напряжения осциллографа 1 В/дел и время развертки 0,20 с/дел. Включите схему, определите время установления переменного сигнала, амплитуду и частоту гармонического сигнала. Исследуйте зависимость амплитуды сигнала UВЫХ, частоты колебания f и времени установления сигнала τ от напряжения питания UC. Заполните Таблицу 9.1.

57

Таблица 9.1.

II Изучение генератора прямоугольных импульсов (мультивибратора).

II.1. Соберите схему генератора прямоугольных импульсов, изображенную на Рис. 9.2.

Рисунок 9.2. Генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор).

В свойствах транзисторов необходимо выбрать из библиотеки ‘ewb’, модель ‘QPL’ (закладка ‘Models’). Включите схему. Подберите значения делителя напряжения на каналах А и В так, чтобы обе осциллограммы полностью помещались на экране. Для того, чтобы раздельно наблюдать сигналы на осциллографе, задайте смещение по одному из каналов (например, по каналу А, как показано на Рис. 9.3). Сделайте вывод о моментах открывания и закрывания транзисторов.

Рисунок 9.3. Выходные осциллограммы генератора прямоугольных импульсов.

58

ЗАДАНИЕ ДЛЯ СРС.

III Изучение схемы электроакупунктурного стимулятора.

III.1. Приведенная на Рис. 9.4 упрощенная схема электроакупунктурного стимулятора имеет два режима работы — поиск активных точек и режим воздействия на точку электрическими импульсами. Режимы переключаются выключателями [B], питание цепи включается выключателем [Space]. Сопротивление тела пациента имитирует переменный резистор [R].

Рисунок 9.4. Схема электроакупунктурного стимулятора.

В режиме поиска активных точек включается левая часть схемы, которая представляет собой составной транзистор, в нагрузке которого включен светодиод. Составной транзистор работает в режиме электронного ключа, при обнаружении активной точки светодиод загорается. Если горение светодиода стабильно, то ключами [B] стимулятор переключается в режим воздействия на активную точку. Сила тока воздействия регулируется переменным резистором [S].

Соберите схему, изображенную на Рис. 9.4. В режиме поиска активных точек, изменяя переменный резистор [R] (Пациент), добейтесь загорания светодиода. После этого с помощью ключей [B] переключите электроакупунктурный стимулятор в режим воздействия на пациента электрическими импульсами. Получите осциллограмму и зарисуйте форму сигнала в тетради.

Конструктивно прибор выполнен с одним щупом, в качестве второго щупа используют металлический корпус прибора. Современные электростимуляторы собираются на микросхемах и имеют несколько режимов воздействия на активные точки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Объясните устройство и принцип работы генератора гармонических колебаний.

2.Назначение RC-фильтра в цепи обратной связи генератора гармонических колебаний.

3.Генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор).

4.Принципиальная схема электроакупунктурного стимулятора.

5.Режим поиска активных точек. Режим воздействия на точку электрическими импульсами.

59