Вопросы для контроля результатов усвоения

1.Каковы особенности электропроводимости живых тканей?

2.Что называется дисперсией электропроводимости и чем она обусловлена?

3.Что такое эквивалентная схема?

4.Выведите формулу для расчёта импеданса моделирующих схем использующихся в данной работе.

Лабораторная работа № 4.7

Исследование прохождения прямоугольных импульсов через линейную цепь

Мотивационная характеристика темы. В настоящее время в медицине используются электрические импульсные напряжения и токи с лечебной и диагностической целью. Применение электрических импульсов основано на их способности оказывать стимулирующее действие на центрально нервную, нервно-мышечную, сердечно-сосудистую и другие системы организма. Но биологическая среда является линейной электрической цепью и изменяет форму импульсного сигнала. В практической медицине это важно иметь в виду так как:

- снимая электрический сигнал с биологического объекта для диагностических целей, следует учитывать возможные искажения его формы в измерительной электрической цепи,

- подавая импульсные сигналы на живой объект с целью стимуляции, необходимо знать как сама биологическая система может исказить форму этого сигнала, будучи частью электрической цепи.

Цель работы: исследовать особенности прохождения прямоугольного импульса через дифференцирующую и интегрирующую цепи.

К работе необходимо:

Знать	Уметь
Мультивибратор (схема, принцип работы). Электрический импульс, его параметры (период, частота, длительность, скважность, форма, амплитуда). Прохождение прямоугольных импульсов через дифференцирующую и интегрирующую цепи. 4.Физиологическое действие импульсных токов, применяемых в медицине	1.Использовать электронный осциллограф для измерения длительности импульсных сигналов. 2.Определять характер искажения прямоугольного импульса в дифференцирующей и интегрирующей цепях.

Литература

1.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М., "Высшая школа", 1999, 1987, Гл. 18.6.

2.Эссаулова И.А., Блохина М.Е., Гонцова Л.Д. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. М., "Высшая школа",1987, лаб. 25.

Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний

1.Назовите основные виды импульсных сигналов и их параметры.

2.Почему при электротерапии в основном используют импульсные токи и напряжения?

3.Что такое мультивибратор?

4.Приведите схему, моделирующую электрические свойства биологической ткани.

5.Какие особенности прохождения через RC - цепь синусоидального и импульсного токов?

Информационный блок

Как известно, многие электрические свойства биологической ткани могут быть смоделированы электрическими цепями, состоящими из активных и емкостных сопротивлений. В таких цепях связь между силой тока и напряжением линейна (выполняется закон Ома) и они называются линейными. Линейная цепь не искажает форму гармонического напряжения, но изменяет форму импульсного сигналя.

Э

Рис.1

лектрическим импульсом называется кратковременное изменение напряжения или силы тока. Основными параметрами импульсного сигнала является амплитудаU_max , длительность t_и, крутизна фронта, период повторения T, частота повторения F, скважность следования импульсов Q, коэффициент заполнения k.

При прохождении импульсного сигнала через линейные цепи происходит изменение его формы и параметров. Линейными называются цепи, в которых между силой тока и напряжением существует линейная зависимость, т.е. такие цепи для которых справедлив закон Ома.

Рассмотрим прохождение импульсного сигнала через цепь (рис.1), состоящую из конденсатора ёмкостью C и резистора сопротивлением R (RC-цепь). Основной характеристикой такой цепи является постоянная времени цепи - =RC.

Пусть на вход цепи подаются прямоугольные импульсы с амплитудой U_max = U_вх и длительностью t_и . По закону Ома :

U_вх=U_C+U_R ,

где U_C -напряжение на конденсаторе; U_R- напряжение на резисторе;

Т

Рис.2

ак как конденсатор не может зарядиться мгновенно, то в момент поступления импульсаU_C=0, a U_R=U_вх. (Рис.2,а) Постепенно конденсатор начинает заряжаться и напряжение на нём возрастает (б) по экспоненциальному закону, а напряжение на резисторе убывает (в).

Если t<<t_и, то конденсатор успевает зарядиться ещё до окончания импульса. Напряжение на резисторе при этом становится равным 0. В момент окончание импульса U_вх=0; следовательно, U_R= - U_C ,а затем конденсатор разряжается и напряжения U_R и U_C убывают до 0 по экспоненциальному закону.

Ф

Рис.3

орма выходного импульса сRC-цепи существенно зависит от соотношения длительностей импульса и постоянной времени цепи, и вида сопротивления, с которого снимается выходной импульс.

Р

ассмотренная цепь может при определённых условиях выполнять математические операции дифференцирования или интегрирования.

Дифференцирующей (рис.3 ) называется цепь, выходное напряжение которой пропорционально производной от входного сигнала по времени, а выходной сигнал снимается с резистора R и  <<t_и,

При этом U_вых = U_R = IR,

где , откуда. Так как <<t_и , то конденсатор успевает зарядиться за время, значительно меньшее времени длительности импульса, т.е. U_c = U_вход . Следовательно:

U_вых=RC.

Эпюры напряжений на элементах дифференцирующей цепи приведены на рис.2.

Если же t>>t_и, то конденсатор не успевает зарядиться до окончания импульса и цепь приобретает новые свойства. При съеме выходного напряжения с конденсатора, - RC - цепь становится интегрирующей (Рис.4 ). Интегрирующей называется цепь, выходное напряжение которой пропорционально интегралу входного напряжения. При этом:

Рис.4

U_вых=U_C=q/C.

Так как то можно найти заряд на конденсаторе -

,

откуда при >>t_и будет следовать, что U_R  U_вх ,

следовательно:

Рис.5

и .

Эпюры напряжений на элементах интегрирующей цепи приведены на рис.5.