Lektsii_po_fiziki

Мультивибратор содержит два конденсатора, два транзистора, два конденсатора и по паре сопротивлений RH и RБ .

Конденсаторы служат для генерации импульсов (заряжаются от источника постоянного тока E и сопротивления RH , а разряжаются через сопротивления RБ ). Транзисторы играют роль “включателей”. Симметричное их расположение в схеме обеспечивает поочередную зарядку конденсаторов: если открыт транзистор Т2 , то заряжается конденсатор C1 , если открыт транзистор Т1 , то заряжается конденсатор C2 . Выходное напряжение UВЫХ имеет прямоугольную форму.

Изменение формы импульса.

После мультивибратора получаются импульсы прямоугольной формы. Но для лечения различных заболеваний используют импульсы различной формы. Чтобы изменить форму импульса, на выходе мультивибратора собирают дифференцирующую или интегрирующую цепь:

1. Дифференцирующая цепь

Её применяют в том случае, если τи >>τ = RC .

На вход цепочки подается входное напряжение прямоугольной формы.

Очевидно,

UBX = UC +UR .

141

Выходное напряжение включено параллельно резистору R . Поэтому

UВЫХ = UR = UBX −UC .

Форму выходного напряжения можно получить при графическом вычитании.

На рис. а) показан импульс входного напряжения. При включении цепочки конденсатор заряжается в течение времени τ . В течение времени τи −τ напряжение на конденсаторе остается постоянным. Затем импульс прекращается, конденсатор разряжается (рис. б). Вычитая значения функции, представленной на рис.б из значений функции, представленной на рис.а, получаем вид функции выходного напряжения (рис. в). Т.о. на выходе из цепочки получаются два кратковременных остроконечных импульса противоположно-

го знака.

Рассмотренная цепочка называется дифференцирующей потому, что выходное напряжение пропорционально производной

от входного напряжения UВЫХ ≈ RC dUdtBX .

2. Интегрирующая цепь. Применяется в том случае, если τ > τи .

Выходное напряжение включено параллельно конденсатору C . Поэтому

UВЫХ = UC = UBX − UR .

142

Если на вход цепи подан прямоугольный импульс (рис. а), то напряжением на выходе является напряжение на пластинах конденсатора, которое при зарядке имеет экспоненциально нарастающую и при зарядке экспоненциально спадающую форму (рис.б). Конденсатор не успевает зарядиться до Umax , т.к. на резисторе R происходит падение напряжения, во-первых, и, вовторых, τ > τи . Такие импульсы применяются при электростимуляции. При достаточно большой постоянной времени нарастание выходного импульса происходит

по начальной части экспоненты (пунктирная линия), которая приближается к прямой линии - касательной к кривой в начальной точке. Этот случай называется идеальным интегрированием.

Рассмотренная цепочка называется интегрирующей потому, что выходное напряжение пропорционально интегралу

UВЫХ » RC1 òUBX dt .

Действие импульсного тока на ткани организма

В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение электрически заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов, в результате чего изменяется обычный состав ионов по обе стороны мембраны, в связи, с чем в клетке происходит ряд биофизических и физиологических процессов, вызывающих её возбуждение.

Постоянный ток почти не оказывает раздражающего действия на ткани организма. Раздражение вызывается при изме-

нении силы тока и зависит от скорости, с которой это изменение происходит. Это положение известно как закон Дюбуа-Рей-

143

ν = 5 ÷50 Гц - электростимуляция

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЕ

Электростимуляция пораженных мышц

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЕ

Электротерапия

ДИАДИНАМИЧЕСКИЕ

При физиологических исследованиях емкостные свойства тканей приводят к тому, что на емкости происходит падение напряжения (рис.б). Следовательно, напряжение на ткани станет по форме таким, как показано на рис.в) (график получен сложением U BX и UC ). Следовательно, по ткани будет идти ток по форме аналогичный напряжению U R . Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере за-

висит от их длительности τи , обусловливающей наибольшее смещение ионов за время действия импульса. Эта зависимость описывается уравнением Вейса-Лапика

iп = τа + b,

и

145

- пороговая сила тока (амплитуда импульса), a и b - коэффициенты, зависящие от природы возбуждаемой ткани и её функционального состояния. Зависимость iп от τи показана на рисунке:

При достаточно длительных импульсах (правая ветвь кривой) раздражающее действие становится независимым от длительности ( iп = const ). Значение порогового тока при этом называют реобазой (R). Точка C кривой, ордината которой равна удвоенной реобазе, определяет длительность импульса и называется

хронаксией. Хронаксия и реобаза характеризуют возбудимость органа и могут служить показателями их функционального состояния или диагностического признака их поражения.

146

Лекция 11

Импеданс тканей организма.

Биологические основы реографии

Известно, что относительное изменение объёма кровенаполнения и относительное изменение сопротивления органа или ткани связаны зависимостью:

VV = − RR − закон Кедрова.

В широком смысле реография – метод исследования кровенаполнения органов и тканей или отдельных участков тела на основе регистрации измерения их сопротивлений электрическому току.

Сущность этого метода заключается в том, что на исследуемый объект накладываются электроды и пропускают переменный электрический ток высокой частоты. Изменение степени кровенаполнения и скорости движения крови в кровеносных сосудах сопровождается колебаниями электрического сопротивления в тканях между электродами. Таким образом, по изменению сопротивления можно судить о состоянии органа или биологической ткани.

Встает вопрос, а что считать сопротивлением органов и тканей переменному току. Ведь ткани проводят и постоянный, и переменный электрический токи, но природа этих сопротивлений различна. Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим различные электрические цепи переменного тока.

Переменный ток – ток, мгновенный значения которого изменяются по величине и направлению (колебательное движение носителей заряда):

i = Im sinωt u =Um sinωt

Im , Um − амплитудные значения силы тока и напряжения.

I= Im2 , U = Um2 − мгновенные значения силы тока и напряжения.

Получение переменного тока мы рассмотрели на первой лекции. Рассмотрим ЦПТ с различными элементами, включенными в них.

147

Цепи переменного тока, содержащие отдельные элемен-

ты:

а) ЦПТ с активным сопротивлением Ra .

Cопротивление Ra называется активным, потому,что в нем происходит необратимая потеря энергии.

В данной цепи резистор включен параллельно входному напряжению uВХ = Um sinωt , поэтому на резисторе напряжение uR = uВХ :

uR = Um sinωt ,

откуда следует, что колебания тока и напряжения происходят в одной фазе:

Закон Ома для амплитудных значений

Im = Um , для мгновенных значений I =U .

Rm R

На рисунке приведена векторная диаграмма, однако на практике пользуются векторной диаграммой, которую

строят так: на плоскости выбирают точку О и из неё проводят вектор I , затем из этой же точки проводят вектор U под углом, равным сдвигу фаз между током и напряжением. Для данной цепи векторная диаграмма:

б) ЦПТ с катушкой индуктивности

uBX = Um sinωt

Считаем Ra = 0 .

uL = uBX , т.е. uL =Um sinωt , т.к. катушка

включена параллельно

входному напряжению.

При прохождении переменного тока по катушке в ней созда-

148

Здесь Im = ULωm - закон Ома.

Lω = X L - индуктивное сопротивление. Оно учитывает влияние эдс индукции, противодействующей приложенному напряжению, на силу тока. На X L нет потерь энергии, поэтому его называют реактивным сопротивлением.

Из формулы тока видим, что ток отстает от напряжения по фазе на π2 .

в) ЦПТ с конденсатором.

Конденсатор не пропускает постоянный ток, но его перезарядка при подключении к источнику переменного тока приводит к на-

личию тока в цепи, можно сказать, что конденсатор пропускает переменный ток. Rа = 0 , uBX = Um sinωt . Конденсатор включен параллельно uBX , поэтому

uC = uBX = Um sinωt .

Мгновенные значения входного напряжения и напряжения на конденсаторе uC = Cq уравновешиваются, поэтому

149

U msinωt = Cq

q =UmC sinωt

Сила тока в цепи

i= q' = UmCω cosωt = Im cosωt = Im sinæçωt + π2 ö÷ -

èø

ток опережает по фазе напряжение на π2 .

Im = UmCω = U1m = UXmC − закон Ома для ЦПТ с конденсатором.

Cω

XC − ёмкостное сопротивление.

ЦПТ, содержащая последовательно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления

uBX =Um sinωt

iBX = Im sinωt

Сила тока на всех элементах одинакова и равна силе входного тока:

iR = iC = iL = iBX

Напряжения на элементах цепи:

uR = Um sinωt

uC =Um sin(ωt + π2 ) -опережает ток на π2

uL =Um sin(ωt - π2 ) - отстает от тока на π2 .

Вцепях постоянного тока общее напряжение рассчитывается арифметическим сложением напряжений на элементах цепи, но в цепях переменного тока такое сложение громоздкое. Поэтому для расчёта общего напряжения проще воспользоваться методом

150