Конструкционные и электротехнические материалы (стр. 1 )

средств медицинской электроники, учебная программа для высших учебных заведений по специальности«Медицинская электроника»

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -130 / тип

I. КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ«МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

Составитель:

– профессор кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук.

Рецензенты:

Кафедра микроэлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

-- начальник лаборатории Белорусского республиканского объединения порошковой металлургии, кандидат технических наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 12 июня

2000 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Конструкционные и электротехнические материалы средств медицинской электроники» разработана для студентов специальности «Медицинская электроника».

Она предусматривает изучение теоретических и практических основ выбора конструкционных и электротехнических материалов в средствах медицинской электроники.

Целью изучения дисциплины является овладение научным подходом к выбору и использованию материалов в средствах медицинской электроники (СМЭ) исходя из соответствия их свойств условиям эксплуатации, требованиям экономичности производства и материалоёмкости конструкций СМЭ.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 68 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 34 часа, лабораторных работ - 34 часа.

В результате освоения курса «Конструкционные и электротехнические материалы средств медицинской электроники» студент должен:

знать:

- физико-химические основы современного материаловедения;

- классификацию, маркировку, функциональные, технологические и потребительские свойства материалов электронной техники;

- принципы выбора материалов для конкретного применения исходя из соответствия их свойств условиям изготовления, эксплуатации и требованиям экономичности;

- способы управления свойствами материалов на основе целенаправленного изменения их состава и структуры;

уметь:

- охарактеризовать процессы, происходящие в материалах при внешних воздействиях (нагрузка, термообработка, электромагнитное поле);

- выбрать материал для конкретного применения исходя из соответствия его свойств условиям изготовления, эксплуатации и экономичности;

- выбрать технологию обработки для придания материалу требуемых физико-химических свойств;

приобрести навыки:

- измерения основных механических и электрофизических характеристик материалов электронной техники;

- проведения основных видов термообработки и деформационного упрочнения.

СОДЕРЖАНИЕ дисциплины

Введение

Предмет, основные задачи и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами специальности. Библиография. Нормативные документы, определяющие требования к материалам СМЭ. Специфика требований к материалам СМЭ и особенности материаловедения для нужд медицинской электроники. Технологический прогресс в производстве и обработке материалов. Важнейшие категории дисциплины: вещество и материал, состав, структура и свойства материалов. Классификация свойств материалов СМЭ. Физико-химические (функциональные и технологические) и потребительские свойства материалов. Особенности конструкционных и электротехнических материалов. Структурно-чувствительные и структурно-устойчивые свойства материалов. Эталонные материалы. Достижения и ближайшие перспективы биотехнологии.

Раздел 1. Физико-химические основы материаловедения

Тема 1.1. Основы строения вещества

Особенности химической связи различных видов: ионной, ковалентной, металлической. Гибридизация. Агрегатное состояние вещества: газ, жидкость, твердое тело. Строение твердых тел: аморфные, кристаллические. Использование в СМЭ газовых и жидких сред.

Тема 1.2. Кристаллическая решетка. Дефекты

кристаллического строения, дислокации

Кристаллическая решетка, ее типы и параметры. Обозначения плоскостей и направлений. Поли - и изоморфизм. Классификация дефектов кристаллического строения (точечные, линейные, двухмерные, и объемные). Разновидности дефектов каждого вида, их природа и источники образования. Вектор Бюргерса. Перемещение дислокаций при деформации материалов и их взаимодействие между собой и с другими видами дефектов. Понятие микро - и макроструктуры.

Тема 1.3. Основные методы исследования структуры кристаллических материалов

Общая классификация методов исследования структуры кристаллических материалов. Оптическая и электронная микроскопия. Дифрактометрические методы исследования структуры: интерферометрия в оптическом диапазоне, рентгено - и электронография. Основные разновидности рентгенографических методов, представление об обратной решетке, системы фокусировки отраженного рентгеновского пучка, возможности современных рентгеновских дифрактометров. Представления о спектроскопических методах анализа химического строения (по ИК-спектрам поглощения, Оже-электронный анализ, методы спектроскопии вторичных ионов, резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия).

Тема 1.4. Механические свойства конструкционных материалов. Пластическая деформация

Перечень характеристик механических свойств, зависисящих от состава и структуры материала и, в свою очередь, определяющих его технологические свойства. Связь между напряжением и деформацией металлических конструкционных материалов в условиях растяжения. Основные характеристики: предел прочности, модуль нормальной упругости, коэффициент удлинения, модуль сдвига, модуль объемного сжатия, относительное изменение объема, коэффициент Пуассона. Обобщенный закон Гука, связь между упругими константами. Виды нагружения материалов: растяжение, сдвиг, кручение, изгиб.

Тема 1.5. Основные методы определения механических свойств конструкционных материалов

Классификация методов механических испытаний. Основы статических методов испытания: на растяжение, сжатие, изгиб, кручение; измерение твердости и др. Схемы испытаний, применяемые образцы, источники погрешностей. Определяемые характеристики упругости и пластичности материалов, в том числе при испытаниях на двухосное растяжение. Границы применения методов измерения твердости по Бринелю, Мейеру, Виккерсу, Роквеллу, царапанием, по Шору. Динамические методы испытания: ударные испытания на маятниковых и крутильных копрах (представление о критической температуре хрупкости), на усталостную выносливость. Определение механических напряжений в пленочных покрытиях.

Тема 1.6. Электрические свойства материалов

Классификация материалов по электрическим свойствам на основе зонной теории: проводники, полупроводники и диэлектрики. Электропроводность металлов и собственных полупроводников, влияние подвижности носителей заряда. Электросопротивление на низких и высоких частотах. Удельная электропроводность и электросопротивление; температурный коэффициент сопротивления, удельное поверхностное и контактное сопротивление. Поведение материалов во внешних электрических полях. Явление электромиграции в металлах. Поляризация в диэлектриках. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость, поляризация в сегнетоэлектриках. Диэлектрические потери (обусловленные сквозным током и током абсорбции): величина потерь, связь с tg d. Виды и механизмы пробоя в диэлектриках (теплового, электрического, поверхностного, ионизационного, электрохимического). Влияние на электрические свойства материалов их строения - дефектов в полупроводниках и диэлектриках, электронной структуры в металлах. Размерные эффекты при протекании тока в твердотельных структурах.

Тема 1.7. Теплофизические и магнитные

свойства материалов

Теплофизические свойства и характеристики материалов: жаростойкость, характеризуемая температурой размягчения и температурой вспышки; жаропрочность (предел длительной прочности), хладоломкость (порог хладоломкости и температурный запас вязкости), тепловое расширение, теплоемкость, тепло - и температуропроводность.

Основные магнитные свойства и характеристики материалов: намагниченность (момент в единице объема), магнитная восприимчивость. Классификация материалов по магнитным свойствам: диа-, пара-, ферро-, антиферро - и ферримагнетики. Примеры, влияние температуры. Величина магнитной индукции для магнитных и немагнитных материалов. Магнитные потери и механизм намагничивания ферромагнитных материалов по мере роста величины напряженности внешнего магнитного поля. Особенности магнитных пленок.

Тема 1.8. Коррозионная прочность и триботехнические

свойства материалов

Понятие о коррозионной прочности, коррозионной среде и внешних факторах, способных ускорять коррозионный процесс. Особенности продуктов коррозии. Главные причины и гетерогенный механизм коррозионного процесса. Классификация процессов коррозии металлов и методы защиты от коррозии. Эффективность защиты с помощью ингибиторов. Виды защитных и защитно-декоративных покрытий, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к СМЭ.

Износостойкость материалов и механизм процесса изнашивания. Роль коэффициента трения. Разновидности механического, коррозионно-механического и электроэрозионного износа. Три основные стадии процесса износа трущихся поверхностей. Испытания на износ, предел усталостного выкрашивания, предел контактной выносливости. Пути повышения износостойкости с учетом механических свойств, определяемых статическими и динамическими испытаниями, и с учетом структуры материалов.

Тема 1.9. Строение сплавов. Диаграммы состояния

Представления о компонентах и фазовых составляющих сплавов. Типы фаз двойных сплавов: механические смеси, твердые растворы и химические соединения. Разновидности твердых растворов (растворы замещения, внедрения и вычитания) и химических соединений (электронные соединения, фазы Лавеса, упорядоченные твердые растворы, фазы внедрения, s - фазы). Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов, построенные с учетом изменения свободной энергии Гиббса при понижении температуры от точки плавления - для системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии, для системы с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии (диаграммы эвтектического и перитектического типов), для системы с промежуточными фазами (химическими соединениями) и для системы с превращением в твердом состоянии. Определение числа степеней свободы из правила фаз, количества жидкой и твердой фазы в двухфазных областях по правилу рычага. Диаграммы состояния трехкомпонентных систем.

Тема 1.10. Кристаллизация металлов и сплавов

Кристаллизация как фазовый переход. Механизмы зарождения и роста кристаллов, параметры процесса. Изменение свободной энергии Гиббса. Понятие о критическом зародыше, его размер с учетом переохлаждения расплава для случая гомогенного образования. Факторы, влияющие на процесс гетерогенного зародышеобразования (степень переохлаждения и перегрев расплава, колебания в затвердевающей жидкости, наличие макропотоков, сильные электрические или магнитные поля) и роста. Представление о двухмерном зародыше. Влияние размера зерен на электрические и ме­ханические свойства металлов и сплавов, модифицирование их структуры, разновидности модификаторов. Дендритный рост; факторы, влияющие на макроструктуру слитков. Перераспределение примесей при затвердевании, коэффициент распределения. Зональная и обратная ликвация; факторы, влияющие на степень проявления последней. Способы устранения ликвации: нормальная кристаллизация и зонная плавка.

Тема 1.11. Пластическая деформация и рекристаллизация металлических конструкционных материалов

Пластическая деформация и ее механизмы на стадиях легкого скольжения дислокаций, стадии упрочнения и стадии возврата. Образование полос деформации и текстуры. Виды отжига наклепанных металлических материалов: предрекристаллизационный и рекристаллизационный отжиг. Процессы, протекающие на стадиях возврата, полигонизации и роста субзерен, а также на стадиях первичной, собирательной и вторичной рекристаллизации. Диаграмма рекристаллизации. Холодное и горячее деформирование.

Раздел 2. Металлические конструкционные материалы

Тема 2.1. Фазы, структуры и превращения в системе железо-углерод

Общая характеристика сплавов железа. Диаграмма состояния железо-углерода в областях перитектического, эвтектоидного и эвтектического превращения. Основные фазы: феррит, аустенит, цементит, ледебурит и структуры, образующиеся в сталях при изотермическом превращении аустенита: перлит, сорбит, тростит, бейнит; мартенсит и условия их формирования.

Тема 2.2. Физико-химические основы термической и химико-термической обработки материалов

Основные виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, строение. Достигаемые свойства конструкционных материалов при термической обработке. Сущность и особенности химико-термических методов обработки - цементации, азотирования, нитроцементации, борирования и др., включая проведение процессов обработки материалов в плазме.

Тема 2.3. Конструкционные материалы на основе

черных и цветных металлов

Классификация и маркировка сталей. Влияние примесей на прочность и ударную вязкость легированных сталей, а также на их устойчивость к коррозии. Применение в СМЭ.

Алюминий и его сплавы: литейные и деформируемые. Процесс дисперсионного твердения. Сплавы меди: деформируемые (латуни) и литейные (бронзы). Сплавы титана, магния, лития и бериллия. Композиционные и порошковые материалы. Особенности изготовления деталей и применение в СМЭ.

Тема 2.4. Драгметаллы и конструкционные металлические материалы с особыми свойствами

Золото и серебро. Легирующие компоненты в драгметаллах различных проб и влияние на основные свойства. Металлы платиновой группы, сплавы и химические соединения на их основе. Текстурированные материалы и монокристаллы. Учет и экономное использование драгметаллов в СМЭ.

Раздел 3. Неметаллические конструкционные

и электротехнические материалы СМЭ

Тема 3.1. Диэлектрические и неметаллические конструкционные материалы

Классификация диэлектрических и неметаллических конструкционных материалов. Газообразные диэлектрики: свойства и применение. Жидкие диэлектрики - трансформаторное, конденсаторное нефтяные масла; синтетические масла - совол, совтол, фторорганические жидкости, органические эфиры, полисилоксановые жидкости: свойства и применение. Твердые органические, неорганические и элементоорганические диэлектрики. Полимеризация и поликонденсация, линейные и пространственные полимеры. Однокомпонентные неполярные и полярные пластмассы, композиционные порошковые, волокнистые, слоистые пластмассы. Сегнетоэлектрики. Стекло, ситалл, керамика.

Тема 3.2. Защитно-пассивирующие неорганические

и лакокрасочные покрытия

Каучуковые материалы. Лаки, эмали, смолы. Материалы для упаковки и хранения биомедицинских препаратов. Основные свойства, особенности нанесения покрытий и применения в СМЭ.

Тема 3.3. Полупроводниковые материалы

Классификация и основные свойства полупроводников. Элементарные полупроводники: кремний, германий, селен. Эпитаксиальные структуры на основе кремния: получение, маркировка и использование. Полупроводниковые соединения типа АIIIBV, AIIBVI, AIVBIV, их особенности и применение для фотопреобразователей в томографах. Аморфные и органические полупроводники.

Тема 3.4. Проводниковые, резистивные материалы, материалы

с особыми свойствами, припои и флюсы

Классификация и основные свойства технических проводниковых материалов. Материалы высокой проводимости, сплавы высокого сопротивления, проводящие модификации углерода, тензометрические сплавы, контактные материалы, сплавы для термопар и терморезисторов. Припои и флюсы.

Тема 3.5. Магнитные материалы. Заключение

Классификация и особенности строения магнитных материалов. Магнитомягкие материалы: технически чистое железо и низкоуглеродистые стали, электротехническая сталь, пермаллои, альсиферы, магнитодиэлектрики, ферриты СВЧ и с прямоугольной петлей гистерезиса. Магнитострикционные металлы и сплавы. Магнитотвердые материалы: легированные мартенситные стали, литые высококоэрцитивные сплавы, магниты из порошков, магнитотвердые ферриты. Термомагнитные материалы. Материалы для сверхпроводниковых магнитов, используемых в магниторезонансных томографах.

Общие принципы выбора материалов в соответствии с особенностями СМЭ, технико-экономическими и технологическими требованиями. Перспективы использования новых материалов и технологий их обработки для изготовления в Республике Беларусь конкурентоспособных СМЭ.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.  Исследование кристаллического строения и микронапряжений в металлах и сплавах методами рентгеноструктурного анализа.

2.  Исследование и моделирование процессов кристаллизации металлов и сплавов.

3.  Исследование процессов термической обработки упрочняемых алюминиевых сплавов.

4.  Изучение влияния температуры и механических напряжений на электрофизические свойства проводниковых материалов.

5.  Определение удельного сопротивления и времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках.

6.  Статистическое исследование электрофизических свойств сегнетоэлектриков.

7.  Исследование влияния температуры, примесей и внешних воздействий на свойства пассивных диэлектриков.

8.  Влияние температуры и частоты внешнего поля на свойства магнитомягких материалов.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  , Леонтьева : Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1990.

2.  Материаловедение и конструкционные материалы: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. . - Мн.: Выш. шк., 1989.

3.  Материаловедение микроэлектронной техники: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. .- М.: Радио и связь, 1989.

4.  , Дашевский полупроводников и диэлектриков: Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1988.

5.  , Сорокин электронной техники. - М.: Высш. шк., 1986.

Дополнительная

1.  , Рахштадт . Методы анализа, лабораторные работы и задачи. - М.: Металлургия, 1989.

2.  , Поплавко . Основные свойства и применение в электронике. - М.: Радио и связь, 1989.

3.  , Бишард материалы и элементы: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1986.

4.  Конструкционные материалы: Справочник / Под общ. ред. .- М.: Машиностроение, 1990.

5.  Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник / Под ред. . - М.: Машиностроение, 1982.

6.  Костин -механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. - М.: Машиностроение, 1990.

7.  , , Шаталов токопроводящие системы СБИС. - Мн.: Выш. шк., 1989.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД - 131 / тип

II. МЕДИЦИНСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ«МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

Составители:

- доцент кафедры медицинской и биологической физики Минского государственного медицинского института, кандидат физико-математических наук;

- доцент кафедры медицинской и биологической физики Минского государственного медицинского института, кандидат физико-математических наук;

- доцент кафедры медицинской и биологической физики Минского государственного медицинского института, кандидат физико-математических наук.

Рецензенты:

1-я городская клиническая больница г. Минска, отделение клинико-диагностической лаборатории (протокол от 4 июня 2000 г.);

- руководитель лаборатории НИИ неврологии, нейрохирургии и физиотерапии Минздрава Республики Беларусь, кандидат медицинских наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа по медицинской и биологической физике предназначена для подготовки специалистов-инженеров, занимающихся проектированием и эксплуатацией средств медицинской техники. Предмет дисциплины – физические свойства тканей организма, физические методы диагностики заболеваний и исследования биологических систем, воздействие физическими факторами на организм с целью лечения.

Цель дисциплины – обучение студентов использованию приобретаемых ими общих физико-математических и технических знаний для разработки и эксплуатации медицинской электронной техники.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51 час, лабораторных занятий – 17 часов, практических занятий - 17 часов.

В итоге изучения курса студенты должны:

знать:

- общие физические закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме;

- биофизические механизмы воздействия на организм полей, излучений и других физических факторов (лечебных, климатических производственных);

- физические основы некоторых методов диагностики заболеваний;

- классификацию, назначение, принципы устройства и практического использования диагностической и лечебной аппаратуры;

уметь:

- практически использовать диагностическую и лечебную аппаратуру.

Изучение дисциплины основано на использовании знаний, полученных студентами по следующим предметам: физике, физическим основам электронной техники.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Раздел 1. Биоакустика

1.1 Физические и физиологические характеристики звука. Биофизические механизмы формирования звукового ощущения. Акустические измерения. Отражение и поглощение звуковых волн. Использование звуковых методов в клинике.

1.2 Ультразвук. Особенности взаимодействия ультразвуковых волн с биологическими объектами. Терапевтические и хирургические методы ультразвуковых воздействий. Ультразвуковая диагностика заболеваний. Физические основы конструирования ультразвуковых диагностических систем.

Раздел 2. Транспорт веществ через биологические мембраны. Биопотенциалы

2.1 Строение клеточных мембран. Пассивный транспорт веществ через мембраны. Простая и облегченная диффузия.

2.2 Математическое описание пассивного транспорта. Активный транспорт ионов. Мембранные потенциалы покоя.

2.3 Возбуждение клетки и генерация потенциала действия, его распространение по нервным волокнам. Биофизика мышечного сокращения.

Раздел 3. Физические основы гемодинамики

3.1 Основы гемодинамики. Применимость законов гидродинамики идеальной жидкости для описания кровотока. Вязкость крови. Методы определения вязкости крови. Гидравлическое сопротивление в системе кровообращения. Ламинарное и турбулентное течение крови.

3.2 Роль эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения. Объемная и линейная скорость кровотока. Распределение давления и скорости крови в сосудистой системе. Методы определения давления и скорости крови. Особенности течения крови по крупным и мелким кровеносным сосудам. Пульсовые волны и методы определения их характеристик. Работа и мощность сердца.

Раздел 4. Электрические и магнитные явления

в организме. электромагнитные воздействия

и методы исследования

4.1 Собственные электрические поля тканей и органов. Биофизические основы электрографии. Электрическое поле сердца, электрокардиография.

4.2 Особенности биоэлектрических сигналов при электрокардиографии, электроэнцефалографии, электромиографии, других электрографических методах исследования. Физические принципы устройства съема и регистрации медико-биологической информации. Особенности усиления биоэлектрических сигналов.

4.3 Прохождение постоянного электрического тока через живую ткань. Гальванизация. Лечебный электрофорез. Прохождение переменного тока через живую ткань. Эквивалентная электрическая схема живой ткани. Импеданс тканей организма. Физические основы реографии.

4.4 Воздействие низкочастотных токов на биообъекты. Электростимуляция тканей и органов. Электростимуляция центральной нервной системы, нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. Электростимуляция сердца.

4.5 Воздействие высокочастотных токов и полей на организм. Электрохирургия. Дарсонвализация. Индуктотермия. УВЧ-, МКВ-, ДЦВ - и КВЧ - терапия.

4.6 Магнитное поле, его действие на организм.

Раздел 5. Оптические методы исследования и воздействия излучением оптического диапазона

на биологические объекты

5.1 Оптическая система глаза. Оптические характеристики глазных сред. Аккомодация глаза. Недостатки оптической системы глаза и их устранение. Угол зрения. Острота зрения. Чувствительность глаза к свету и цвету. Адаптация. Биофизические основы зрительной рецепции.

5.2 Оптическая микроскопия. Увеличение и предел разрешения оптических микроскопов. Специальные приемы микроскопии. Электронная микроскопия. Эндоскопия и эндоскопы.

5.3 Тепловое излучение тела человека. Термография и тепловидение. Определение поверхностного и глубинного распределения температур в теле человека.

5.4 Основы люминесценций сложных молекул. Собственная и вторичная люминесценция биомолекул. Люминесцентные и спектроскопические методы исследования в медицине.

5.5 Воздействие лазерного излучения на биологические объекты. Физические основы лазерной терапии и хирургии. Диагностическое применение лазерной системы.

5.6 Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Его использование для идентификации и определения концентрации свободных радикалов в биологических объектах. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Основы ЯМР-спектроскопии.

5.7 Физические основы ЧМР-интроскопии.

Раздел 6. Ионизирующие излучения

6.1 Получение рентгеновского излучения. Принципы устройства рентгеновских трубок и аппаратов. Регулировка жесткости и интенсивности рентгеновского излучения. Первичные механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с биологической тканью. Защита от рентгеновского излучения. Физические основы рентгенодиагностики. Специальные методы рентгенодиагностики (введение контрастных веществ, флюорография, использование телевизионных систем). Принцип рентгеновской компьютерной томографии.

6.2 Взаимодействие альфа-, бета-, гамма-излучения и нейтронов с биологической тканью. Основные биологические эффекты ионизирующих излучений. Принципы защиты от ионизирующих излучений и частиц.

6.3 Радионуклидные методы диагностики. Физические основы лучевой терапии.

6.4 Радиометрия и дозиметрия внешнего и внутреннего облучения человека ионизирующим излучением.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1 Определение спектральной чувствительности уха на пороге слышимости.

2. Изучение основ электрокардиографии.

3. Изучение прохождения переменного и постоянного тока через живую ткань.

2.  Изучение прохождения переменного и постоянного тока через живую ткань.

3.  Изучение свойств усилителей биопотенциалов.

4.  Воздействие высокочастотных токов и полей на организм. Электрохирургия.

5.  Индуктотермия. УВЧ-, МКВ-, ДЦВ-терапия.

6.  Основы спектрального анализа.

7.  Поглощение света веществом. Фотоэлектроколориметрия.

8.  Тепловое излучение тела человека, излучение тепловизора.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Гемодинамика.

2.  Электрические основы электростимуляции, действие переменных токов и полей на организм человека.

3.  Акустика, акустические методы диагностики и воздействия на организм.

4.  Строение биомембран. Трансмембранный транспорт веществ и биопотенциалы.

5.  Оптические методы исследования в медицине.

6.  Использование рентгеновского излучения в медицине. Свойства, методы получения, методы диагностики и лучевой терапии, меры защиты.

7.  Радиоактивность. Ионизирующие излучения, их свойства и использование в медицине.

8.  Дозиметрия. Расчет доз при внутреннем и внешнем облучении.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Ремизов и биологическая физика. - М., 1985.

2.  Н Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов. - М., 1982.

Дополнительная

1.  Ливенцев физики. T. 1,2. - М. , 1978.

2.  , и др. Биофизика. - М., 1983.

3.  Волькенштейн . - М., 1981.

4.  Рубин . Kн. 1, 2. - М. , 1987.

5.  Физическая биохимия: Пер. с англ. - М., 1980.

6.  и др. Механика кровообращения: Пер. с англ. - М., 1981.

7.  Титомир генератор сердца. - М., 1980.

8.  Орлов по электрокардиографии. - М., 1984.

9.  Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения: Пер. с англ. - М., 1981.

10.  Физика визуализации изображений в медицине. T. 1, 2. / Под ред.

11.  С. Уэбба: Пер. с англ. – М., 1981.

12.  , Беренфельд радиационной биофизики. - М., 1982.

13.  Ярмоненко человека и животных. М., 1988.

14.  и др. Клиническая радиобиология. - М., 1992.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -132 / тип

III. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ«МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

Составители:

- заведующий кафедрой гастроэнтерологии Белорусской академии последипломного образования врачей, доктор медицинских наук, профессор;

- ассистент кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Рецензенты:

Кафедра клинической лабораторной диагностики Белорусской академии последипломного образования врачей (протокол от 01.01.01 г.);

И. В Боднарь - заведующий кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор химических наук, профессор.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Целью изучения дисциплины является овладение научным подходом к разработке, проектированию, изготовлению и обслуживанию средств медицинской техники, получение знаний по основным разделам и принципам медицинской биохимии, ознакомление студентов с современным уровнем развития биохимической диагностики и необходимыми квалификационными навыками по биохимической лабораторной диагностике, решение которых осуществляется с участием специалиста по медицинской электронике.

Знание основ медицинской биохимии как важной отрасли медицинской науки и практики, интенсивно развивающейся в последние годы на стыке нескольких научных и практических дисциплин - техники, химии, генетики, информатики, биофизики и являющейся одним из основных разделов практической медицины, предполагающей использование автоматизированных электронных средств диагностики и контроля лечения.

Успешное освоение учебного материала дисциплины предполагает знание курсов физики (агрегатное состояние вещества, типы твердых тел, оптические тепловые и электрофизические свойства, природа магнетизма и др.), химии (химическая связь и строение вещества, электроны в атоме, периодическая система элементов, методы исследования состава и кристаллической структуры, химические основы коррозии металлов и защиты от нее, полимерные материалы и др.), физической химии (химическая термодинамика и кинетика, физическая химия поверхностных явлений, адсорбция и др.), высшей математики и электротехники.

Рассматриваемая дисциплина является базовой для таких курсов учебного плана, как «Биосенсоры и преобразователи», «Приборы и системы функциональной диагностики», «Электронные средства лабораторной диагностики», «Электронная лечебная аппаратура», «Конструирование и технология средств медицинской электроники » и др.

Изучение разделов дисциплины, относящихся к медицинской биохимии и физико-химическим явлениям, происходящим в человеке при внешних воздействиях, традиционно является наиболее трудным делом. Поэтому содержание тем, относящихся к области медицины, раскрыто в программе более подробно и глубоко.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта, и рассчитана на объем 34 учебных часа лекций.

В результате освоения курса студент должен:

знать:

- основные разделы и принципы медицинской биохимии;

- основные принципы биохимической диагностики;

приобрести навыки:

- биохимической лабораторной диагностики.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и основы медицинской биохимии как важной отрасли медицинской науки и практики, интенсивно развивающейся в последние годы на стыке нескольких научных и практических дисциплин - техники, химии, генетики, информатики, биофизики и являющейся одним из основных разделов практической медицины, предполагающей использование автоматизированных электронных средств диагностики и контроля лечения.

Раздел 1. Основы биохимии

Основы биохимии углеводов в организме человека. Принципы строения моно - и полисахаридов. Гидролиз крахмала и гликогена. Углеводы как основной энергетический компонент клетки. Понятие о гликолизе и гликонеогенезе. Особенности окислительно-востановительных реакций в клетке.

Основы биохимии белков и аминокислот. Основные заменимые и незаменимые аминокислоты и их значение в организме. Понятие изомеризации и взаимопревращений аминокислот. Пептидные связи, первичная, вторичная и третичная структура белков. Основные классы белков. Денатурация белков и аналитические подходы к оценке нативной функции и структуры белков.

Основы биохимии липидов. Понятие липофильности и липотропности. Простые и сложные жиры. Значение жирных кислот в обмене веществ в организме человека. Холестерин - его патобиохимическое значение. Стероидные гормоны - пример важного регуляторного значения липидов для организма человека. Структура и функция липидов мембран клетки. Понятие о рецепции и лигандных взаимодействиях. Аналитические подходы к оценке нарушений в обмене жиров.

Принципы биохимической интеграции и адаптации. Обобщенные механизмы интеграции обмена белков, жиров и углеводов. Ключевое значение в интеграции энергетического обеспечения клетки и организма. Значение основных гуморальных, гормональных и нервных взаимодействий в интеграции обмена веществ в организме. Уровни интеграции обмена веществ.

Раздел 2. Значение транспортных систем

в организме человека

Основные представления о макромолекулярных комплексах. Липопротеиновая транспортная система в организме и ее значение в реализации нарушений обмена холестерина. Основные принципы взаимодействия молекул в организме при их аффинной и неаффинной доставке к объектам - мишеням.

Раздел 3.Основные представления о молекулярной биохимической генетике

Нуклеиновые кислоты - основные носители генетической информации. Понятие о структуре и функции ДНК и о процессе синтеза белка в клетке. Ген - основа жизнедеятельности. Полимеразная цепная реакция и ее использование для диагностики заболеваний.

Раздел 4. Патобиохимия

Биохимические подходы к анализу нарушений в обмене гемоглобина. Основные этапы биосинтеза гема и его нарушения. Значение гемоглобина для биохимических процессов. Основные этапы распада гемоглобина. Значение витаминов в синтезе гема. Основы патобиохимии анемических состояний.

Биохимические основы оценки воспалительных реакций в организме человека. Биохимия воспалительной реакции. Возможности ее оценки с использованием биохимических тестов. Биологическое значение воспаления. Биологически активные молекулы в воспалительной реакции. Биохимические медиаторы воспаления. Биохимические изменения в организме при воспалении.

Основные аналитические подходы к оценке воспалительной реакции.

Интегративный биохимический подход к оценке обмена веществ на примере заболеваний печени. Биохимические изменения при заболеваниях печени. Расстройства в обмене билирубина и их значение при заболеваниях печени. Нарушения в детоксикации на примере обмена аммиака. Комплексная биохимическая дифференциация заболеваний печени. Морфологически-биохимические параллели при заболеваниях печени. Основные методические подходы к регистрации и оценке биохимических изменений крови при заболеваниях печени. Медицинское значение экспресс-анализа. Основные принципы конструкции полосок для экспресс-анализа. Значение экспресс- диагностики в практической медицине.

Раздел 5. Методология измерения содержания проб

Методология установления содержания метаболитов биологических жидкостей. Методология установления содержания активных ферментов биологических жидкостей. Использование на конечном этапе исследований фотометрических и других способов регистрации результатов аналитического определения.

Раздел 6. Современные технологии лабораторных исследований

Современные технологии автоматизированных медико-биохимических лабораторных исследований. Современные технологии автоматизированных гематологических лабораторных исследований. Современные технологии автоматизированных других видов лабораторных исследований.

«Сухая химия» и ее использование в клинической лабораторной диагностике.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Камышников лабораторные тесты от А до Я и их диагностические профили: Справочное пособие. - Мн.: Беларуская навука, 1999.

2.  О чем говорят медицинские анализы: Справочное пособие. - Мн.: Беларуская навука, 2000.

3.  Камышников по клинико-биохимической лабораторной диагностике. Т.1. - Мн.: Беларуская навука, 2000.

4.  Резников определения гормонов. - Киев: Наукова думка,1980.

5.  Лакин . - М.: Высш. шк.,1978.

6.  Биохимия. Т.1. - М.: Мир, 1980.

7.  Молекулярные аспекты жизни. - М.: Мир,1989.

8.  Введение в количественную цитохимию. - М.: Мир,1969.

9.  Иммунологические методы. - М.: Медицина, 1987.

Дополнительная

1. Бредикис клинической электроники. - М.: Медицина, 1974.

2. Резников определения гормонов. - Киев: Наукова думка, 1980.

3.  Биохимия. Т.2,3. - М.: Мир, 1980.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -133 / тип

IV. ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ«МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

Составители:

– доцент кафедры анатомии Минского государственного медицинского института, кандидат медицинских наук;

– старший преподаватель кафедры физиологии Минского государственного медицинского института, кандидат медицинских наук.

Рецензенты:

1-я городская клиническая больница г. Минска, отделение клинико-диагностической лаборатории (протокол от 5 июля 2000 г.);

-- руководитель лаборатории НИИ неврологии, нейрохирургии и физиотерапии Минздрава Республики Беларусь, кандидат медицинских наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа по анатомии и физиологии человека предназначена для подготовки специалистов-инженеров, занимающихся проектированием и эксплуатацией средств медицинской техники.

Основная цель программы – изучить строение тела человека, а именно: форма, макро-, микроскопическое строение и топография органов и систем органов и тканей, их взаимоотношения в целостном организме в процессе жизни и в связи с внешней средой. Изучить процессы и механизмы жизнедеятельности здорового человека.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 102 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 68 часов, практических занятий - 34 часа.

В результате освоения курса «Анатомия и физиология человека» студент должен:

знать:

- структурную организацию, строение и функции всех органов в организме человека;

- расположение органов в теле человека;

- изменение анатомии органов, систем органов в процессе выполнения функций, а также возрастные, половые и индивидуальные изменения их формы и строения;

-возможные нарушения и последствия вредного воздействия различных факторов внешней среды на развивающийся зародыш человека и на строение органов и систем в постнатальном периоде жизни;

- закономерности функционирования клеток, тканей, органов, систем здорового организма и механизмы их регуляции;

приобрести навыки:

- современных инструментальных методик исследования анатомии и топографии органов на трупах и у живого;

- исследования различных функций здорового организма, широко используемых в практической медицине;

уметь:

- объяснять основные закономерности формирования и регуляции физиологических функций организма при достижении приспособительного результата;

- оценивать основные клинико-физиологические показатели, характеризующие состояние функций организма и их резервы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Вводная лекция

1. Определение предмета анатомии, ее связь с другими дисциплинами.

2. Клетки. Ткани. Понятие об органе, системе органов, организм. Строение и функции клетки. Определение понятия «ткань». Классификация тканей. Значение месторасположения в организме, особенности строения основных видов эпителиальных тканей. Значение, месторасположение в организме, особенности строения основных видов соединительной ткани.

3. Значение, месторасположение в организме, особенности строения и функции основных видов мышечной ткани. Значение, месторасположение в организме, особенности строения нервной ткани. Понятие об органе. Полые и паренхиматозные органы.

4. Понятие о системе органов. Краткие сведения об основных системах органов. Понятие об организме как едином целом всех систем органов.

Раздел 1. Учение о костях и их соединениях

1.1. Значение костной системы в организме. Строение кости как органа. Химический состав и физические свойства кости. Классификация костей по форме. Понятие о костном мозге.

1.2. Виды соединения костей: непрерывные и прерывные (суставы), полусуставы, особенности их строения.

Классификация суставов по строению, форме суставных поверхностей, характеру движения.

1.3. Скелет тела, его функции, отделы.

Скелет туловища: строение и соединения костей (позвонок, грудина, ребро); позвоночный столб и грудная клетка в целом.

Скелет верхних конечностей: особенности строения и положения костей плечевого пояса и свободной верхней конечности. Функциональная анатомия суставов верхней конечности.

Скелет нижних конечностей: значение, особенности строения костей тазового пояса и свободной нижней конечности. Таз в целом. Функциональная анатомия соединений костей нижней конечности. Сравнительная анатомия кисти и стопы.

Скелет головы: значение, особенности строения отдельных костей мозгового и лицевого отделов черепа. Соединения костей черепа. Череп в целом. Возрастные особенности черепа.

Раздел 2. Учение о мышцах

Значение мышечной системы в организме. Виды мышечной ткани. Строение скелетной мышцы. Анатомический и физиологический поперечник. Классификация мышц по форме, положению, функции. Мышцы синергисты и антагонисты. Понятие о вспомогательном аппарате мышц, его значение. Работа мышц. Функция мышц при проксимальной и дистальной опоре. Функциональная анатомия, топография мышц туловища (спины, груди, живота), головы, шеи, верхних и нижних конечностей.

Раздел 3. Пищеварительная система

Общий обзор пищеварительной системы, ее функции и значение в организме. Пищеварительный канал и пищеварительные железы. Общий план строения стенки пищеварительного канала.

Полость рта: строение, развитие. Преддверие рта, собственно полость рта. Язык, зубы, слюнные железы.

Глотка: строение, отделы, особенности строения стенки. Лимфоэпителиальное кольцо.

Пищевод: строение, положение, строение стенки. Сужения пищевода.

Желудок: строение, положение, функция. Строение стенки.

Тонкая кишка: строение, отделы, функция. Строение стенки.

Толстая кишка: строение, отделы, особенности строения стенки, функция.

Печень, поджелудочная железа: строение. Положение, функция.

Брюшина: особенности строения, отношение к внутренним органам.

Возрастные особенности и аномалии развития некоторых внутренних органов.

Раздел 4. Органы дыхания

Общий обзор дыхательной системы и ее функциональное значение в организме. Воздухоносные пути и дыхательные органы. Особенности строения стенки воздухоносных путей.

Полость носа: строение, дыхательная и обонятельная части, придаточные пазухи носа. Значение дыхания через нос.

Гортань: строение, топография, функция. Хрящи гортани, голосовые складки, связки, голосовая щель. Механизм образования звука.

Трахея, бронхи: строение, положение, функция.

Легкие: строение, топография, функция. Особенности строения правого и левого легкого. Разветвление бронхов. Структурно-функциональная единица легкого.

Плевра: строение. Полость плевры, плевральные карманы. Средостение.

Раздел 5. Мочевая система

Общий обзор мочевой системы в связи с функциональным значением в организме. Аномалии развития мочевой системы.

Мочевые органы.

Почки: строение, положение, фиксирующий аппарат почки. Особенности кровеносной почки. Структурно-функциональная единица почки.

Мочеточник: строение, функция.

Мочевой пузырь: строение. Функция, особенности строения стенки.

Мочеиспускательный канал, строение.

Раздел 6. Репродуктивная система

Общий обзор репродуктивной системы. Краткие данные о развитии половой системы.

Мужские половые органы. Строение яичка, его функции. Придаток яичка, семявыносящий проток, семенные пузырьки, предстательная железа: строение, функция. Мужской мочеиспускательный канал. Отличия мужского мочеиспускательного канала от женского.

Женские половые органы. Матка, маточные трубы, яичник, влагалище: строение, функция.

Краткие сведения о наружных мужских и женских половых органах.

Раздел 7. Основные понятия физиологии человека

Физиология человека - наука о процессах и механизмах жизнедеятельности здорового организма. Физиология как научная основа медицины. Жидкие среды организма (кровь, лимфа, межклеточная и внутриклеточная жидкости, ликвор и др.). Понятие о внутренней среде организма. Гомеостаз. Функции крови. Основные константы крови и других жидкостей, характеризующие гомеостаз. Объемное распределение жидких сред в организме. Состав, количество, физико-химические свойства крови.

Раздел 8. Группы крови, классификация, характеристика

Реакции групповой несовместимости крови. Основные принципы подбора донорской крови. Факторы риска для реципиента (ВИЧ, вирусный гепатит и др.), правила профилактики инфицирования реципиента при переливании донорской крови или ее препаратов. Кровезамещающие растворы, требования, предъявляемые к ним, их классификация по виду выполняемой ими функции в организме.

Раздел 9. Взаимодействие организма со средой существования

Понятие о раздражимости и возбудимости. Возбуждение и формы его проявления. Показатели (параметры) возбудимости (порог силы, порог времени, минимальный градиент). Понятие о реобазе и хронаксии. Законы реагирования возбудимых тканей на действие раздражителей.

Потенциал покоя как показатель готовности возбудимых тканей к реагированию на внешние и внутренние раздражители. Механизм поддержания потенциала покоя: селективная проницаемость мембраны клетки, работа Na-K насоса и другие факторы.

Биопотенциалы как носители информации в живых организмах. Современные представления о механизме и фазах развития потенциала действия.

Раздел 10. Изменение возбудимости в процессе возбуждения

Физиологическая роль структурных элементов нервного волокна. Механизмы и законы проведения возбуждения по нервному волокну. Синапс, строение и классификация синапсов, их физиологическая роль. Механизм передачи возбуждения в центральных синапсах. Медиаторы, их классификация, синтез, секреция, взаимодействие с рецепторами постсинаптической мембраны. Структура и функциональные свойства нервно-мышечного синапса. Современные представления о механизме передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе. Общие свойства синапсов.

Раздел 11. Мышцы. Физиологические

свойства скелетных мышц

Механизм сокращения и расслабления одиночного мышечного волокна и мышцы. Виды и режимы сокращения скелетных мышц. Одиночное сокращение и его фазы. Суммация сокращений, тетанус. Тонус мышц. Двигательные единицы и их особенности в разных мышцах. Физиологические свойства и особенности гладких мышц по сравнению со скелетными мышцами. Роль ионов кальция в осуществлении функций гладких мышц. Понятие о природе тонуса гладких мышц и его коррекции.

Раздел 12. Роль нервной системы в обеспечении

жизнедеятельности организма

Функции нервной системы и ее структурных элементов. Методы исследования функций нервной системы. Рефлекторный принцип функционирования нервной системы. Виды рефлексов. Понятие о рефлекторной дуге. Обратная связь и ее значение. Многоуровневая организация рефлекса.

Раздел 13. Торможение в нервной системе

Виды центрального торможения (первичное, вторичное). Взаимодействие процессов возбуждения и торможения на нейроне, в нервных центрах, в афферентных и эфферентных нервных путях. Морфологические основы и физиологические принципы координационной деятельности центральной нервной системы.

Раздел 14. Функции системы кровообращения

Сердце. Особенности кровоснабжения и метаболизма миокарда. Физиологические свойства и функции проводящей системы сердца. Современное представление о субстрате, природе и градиенте автоматии. Ход распространения возбуждения в сердце. Физиологические свойства сократительного миокарда. Электромеханическое сопряжение. Роль ионов кальция. Соотношение возбуждения, возбудимости и сокращения миокарда. Законы сокращения сердца. Сердечный цикл. Поликардиография.

Раздел 15. Регуляция сердечной деятельности

Характеристика влияний парасимпатических и симпатических нервов на сердце: основные эффекты и их механизмы. Нервные центры регуляции сердечной деятельности. Значение тонического возбуждения нервных центров. Основные рефлекторные влияния на сердце. Характеристика рефлекторных реакций в ответ на активацию сосудистых и внесосудистых рефлексогенных зон. Гуморальные механизмы регуляции. Приспособление сердечной деятельности к потребностям организма.

Раздел 16. Функциональная классификация

кровеносных сосудов

Основные законы гемодинамики. Факторы, обеспечивающие движение крови по сосудам. Объемная и линейная скорости кровотока в различных отделах сосудистого русла; факторы, их определяющие. Периферическое сопротивление кровотоку, его значение. Кровяное давление, его виды: артериальное (систолическое, диастолическое, пульсовое, среднее); венозное. Роль кровяного давления; факторы, определяющие его величину. Давление крови в различных участках сосудистого русла. Структурно-функциональная характеристика основных компонентов микроциркуляторного русла. Транскапиллярный обмен жидкости и различных веществ, его механизмы.

Раздел 17. Сосудистый тонус, его природа

Местные механизмы регуляции кровотока. Системные механизмы регуляции кровообращения. Рефлекторная регуляция тонуса сосудов. Сосудодвигательный центр, его афферентные и эфферентные связи. Влияние симпатических и парасимпатических нервов на тонус сосудов. Гуморальная регуляция сосудистого тонуса. Механизмы регуляции системного артериального давления.

Раздел 18. Внешнее дыхание

Роль и место системы дыхания в организме. Основные этапы дыхания. Физиологические функции дыхательных путей и легких. Механизм вдоха и выдоха. Показатели внешнего дыхания, методы их определения. Диффузия газов в легких. Транспорт газов кровью и газообмен между кровью и тканями. Кислородная емкость крови. Факторы, влияющие на сродство гемоглобина к кислороду и углекислому газу. Газообмен в тканях. Коэффициент утилизации кислорода в покое и при физической нагрузке.

Раздел 19. Регуляция дыхания

Функциональная система поддержания относительного постоянства напряжения газов во внутренней среде организма как средство удовлетворения потребностей клеточного дыхания и поддержания гомеостаза р02, рС02, рН. Дыхательный центр. Рефлекторные реакции на активацию рецепторов pCO2, рO2, рН в организме, а также рецепторов дыхательных путей, легких и дыхательных мышц. Теоретические основы различных видов искусственного дыхания.

Раздел 20. Регуляция мышечного тонуса, поддержание

позы и организация движений

Определение понятий «тонус мышц, поза, движение». Взаимосвязь тонуса, позы, движений. Спинальный уровень регуляции тонуса мышц. Амотонейроны спинного мозга как общий конечный путь регуляции функции скелетных мышц. Моторные единицы, их типы и роль в осуществлении тонического напряжения и сокращения. Афферентные влияния (рецепторы мышечных веретен, сухожилий; механо-, термо - и болевые рецепторы). Функции у-петли. Спинальные рефлексы и их роль.

Раздел 21. Роль супраспинальных влияний в регуляции тонуса мышц, поддержании позы

и организации движений

Функции основных нисходящих эфферентных проводящих путей и особенности их влияния на моторные функции (тонус, поза, статические, статокинетические рефлексы). Последствия повреждения моторных ядер ЦНС и эфферентных путей для состояния моторных функций. Интегрирующая функция базальных ядер и коры больших полушарий в организации и осуществлении сложных движений.

Раздел 22. Физиология сенсорных систем

Общие принципы строения сенсорных систем, роль в поддержании функционального состояния организма, классификация. Механизмы восприятия действия раздражителей внешней и внутренней среды организма рецепторами. Зрительная система. Особенности строения и свойств глаза, обеспечивающие функцию зрения. Рефракция и аккомодация. Основы коррекции нарушения рефракции. Строение и функциональное значение сетчатой оболочки глаза. Фотохимические процессы в рецепторах сетчатки при действии света.

Раздел 23. Слуховая система

Особенности строения и свойств звуковоспринимающего и звукопроводящего аппаратов, обеспечивающих функцию слуха. Механизмы восприятия и анализа звуков. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах слуховой системы. Защитные рефлексы.

Примерный перечень практических занятий

1.  Строение внутренних органов. Пищеварительная система.

2.  Строение внутренних органов. Мочевая система.

3.  Строение внутренних органов. Половая система.

4.  Строение внутренних органов. Сердечно-сосудистая система.

5.  Строение внутренних органов. Лимфатическая система.

6.  Строение центральной и периферической нервной системы.

7.  Органы чувств.

8.  Орган вкуса: строение, функция. Понятие о вкусовом анализаторе.

9.  Орган обоняния: строение, функция.

10.  Железы внутренней секреции.

11.  Форменные элементы крови.

12.  Группы крови.

13.  Рефлекторная деятельность ЦНС.

14.  Сердечный цикл.

15.  Основные законы гемодинамики.

16.  Внешнее дыхание.

17.  Резервы организма в осуществлении газообмена.

18. Методы изучения функций ЦНС. Физиология сенсорных систем.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1.  Анатомия человека для медсестер. - Мн.: Выш. шк., 1996.

2.  , , Бушкович человека – М.: Медицина, 1985.

3.  Никитюк человека. - М.: Медицина, 1988.

4.  Синельников анатомии человека. T. 1,2,3. - М.: Медицина, 1966.

5.  Сапин человека. - М.: Медицина, 1988.

6.  Михайлов человека. - М.: Медицина, 1984.

7.  , Юрина . - М.: Медицина, 1989.

8.  Сапин человека. T. 1,2. - М.: Медицина, 1993.

9.  , Лопухина хирургия с топографической анатомией детского возраста. – М.: Медицина, 1989.

10.  Основы физиологии человека / Под ред. aкад. РАМН .

Т.1,2. – СПб.: Междунар. фонд истории науки, 1994.

11.  Физиология человека / Под ред. чл.-корр. АМН СССР проф. -

кого. - М.: Медицина, 1985.

12.  Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. чл.-корр. АМН СССР и проф. . - М.: Медицина, 1988.

Дополнительная

1.  Общий курс физиологии человека и животных / Под ред. проф. . В 2-х кн. - М.: Высш. шк., 1991.

2.  Физиология человека / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. В 3 т. - М.: Мир, 1996.

3.  Физиология человека / Под ред. проф. , .

В 2 т. - М.: Медицина, 1997.

4.  Физиология плода и новорожденного / Под ред. проф. . - М.: Медицина, 1988.

5.  Мозг, разум и поведение. - М.: Мир, 1988.

6.  Практикум по нормальной физиологии / Под ред. проф. и проф. . - М.: Высш. шк., 1983.

7.  Атлас по нормальной физиологии / Под ред. проф. . - М.: Высш. шк., 1986.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -134 / тип

V. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ«МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»

Составитель:

–профессор кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук.

Рецензенты:

Кафедра микроэлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

-- начальник лаборатории Белорусского республиканского объединения порошковой металлургии, кандидат технических наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Элементная база средств медицинской электроники» разработана для студентов специальности «Медицинская электроника». Она предусматривает изучение теоретических и практических основ выбора элементной базы для конкурентоспособных средств медицинской электроники. Целью изучения дисциплины является овладение научным подходом к выбору и использованию элементной базы в средствах медицинской электроники (СМЭ) в соответствии с требованиями к электрическим параметрам и условиям эксплуатации, требованиям экономичности производства и материалоёмкости конструкций СМЭ. Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 68 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 51 час, лабораторных работ - 17 часов.

Предмет ДИСЦИПЛИНЫ, его основные задачи,

связь с другими дисциплинами

Предмет дисциплины – элементная база средств медицинской электроники, включающая электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и устройства функциональной электроники (УФЭ).

Цель изучения дисциплины – ознакомление с принципами работы и конструктивно-технологическими особенностями элементной базы СМЭ, освоение методов расчета и моделирования наиболее широко применяемых разновидностей элементной базы.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

- принципы действия и физические эффекты, используемые в элементной базе СМЭ;

- особенности конструкции и технологии важнейших представителей элементной базы СМЭ;

- основы проектирования и производства элементной базы СМЭ;

уметь:

- анализировать работу различных разновидностей элементной базы СМЭ;

- обоснованно выбирать элементную базу для СМЭ различного класса;

- разрабатывать конструкторскую документацию элементной базы СМЭ;

- проектировать технологические процессы изготовления элементной базы СМЭ.

Изучение дисциплины основано на использовании знаний, полученных студентами по следующим дисциплинам:

- «Электронные приборы» – устройство и физические принципы функционирования приборов твердотельной электроники;

- «Электротехника» – линейные и нелинейные электрические цепи, теория сигналов, электрические фильтры;

- «Конструкционные и электротехнические материалы СМЭ» – свойства основных конструкционных, полупроводниковых, проводниковых, диэлектрических и магнитных материалов.

В свою очередь, данная дисциплина является базовой для ряда тематически связанных дисциплин учебного плана, изучаемых в последующих семестрах.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Понятие и классификация элементной базы СМЭ; особенности интегральных микросхем (ИМС), дискретных электрорадиоэлементов, устройств функциональной электроники, сенсоров и актюаторов. Примеры функциональных преобразователей. Функциональная, конструктивная и технологическая интеграция элементов СМЭ. Преимущества изделий интегральной электроники (ИМС и УФЭ).

1.  СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СМЭ

1.1. Эволюция элементной базы СМЭ. Основные

направления функциональной электроники

Поколения СМЭ и эволюция элементной базы. Оценка показателей качества СМЭ различных поколений. Комплексная микроминиатюризация СМЭ, роль компоновки элементов и межэлементных соединений. Оптимальное использование ИМС, УФЭ и дискретных электрорадиоэлементов. Основные тенденции развития интегральной электроники. Общая характеристика основных направлений функциональной электроники (ФЭ), примеры устройств.

1.2. Особенности проектирования ЭРЭ и УФЭ

с учётом требований САПР

Моделирование СМЭ и её элементной базы - неотъемлемый атрибут компьютерного проектирования с применением САПР. Модель ЭРЭ и УФЭ как композиция рабочего элемента, элементов защиты от внешних воздействий, деталей крепления и соединения. Основные и паразитные параметры, их физическое обоснование, связь с конструкцией и технологией. Примеры моделей: Эбберса-Молла биполярных транзисторов, твёрдотельных МОП - структур и структур с биполярно-полевым эффектом, аналоговых ИМС, элементов с распределёнными параметрами.

2. Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, трансформаторы и LC-фильтры и линии задержки. Элементы

и особенности технологии поверхностного монтажа

2.1. Резисторы

Условия использования дискретных ЭРЭ в современных СМЭ. Резисторы, их классификация, модели (схемы замещения), параметры. Особенности конструкции постоянных резисторов. Маркировка. Резисторы со специальными свойствами: терморезисторы, низкоомные резисторы, варисторы, фоторезисторы и др. Переменные резисторы. Старение резисторов.

2.2. Конденсаторы

Классификация конденсаторов. Модели в различном интервале частот, параметры конденсаторов, их маркировка. Особенности конструкции, технологичность, масса, стоимость и др. технико-эксплуатационные показатели. Использование конденсаторов и резисторов в СМЭ.

2.3. Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы

Катушки индуктивности. Обозначение, их основные параметры и характеристики. Основные элементы конструкции, их особенности в зависимости от рабочей частоты и внешних факторов. Виды и технология создания обмоток, применяемые провода. Паразитная (собственная) емкость катушек индуктивности. Экранирование катушек. Сердечники катушек индуктивности. Вариометры. Печатные катушки индуктивности. Дроссели: особенности конструкции и применение. Трансформаторы преобразователей напряжения, импульсные трансформаторы: особенности конструкции и применяемых материалов. Роль тепловых режимов; факторы, влияющие на надежность трансформаторов. Особенности расчета трансформаторов.

2.4. Пассивные LC-фильтры и активные RC-фильтры

Устройство, принцип действия и основные параметры LC-фильтров. Особенности конструкции и технологии. Выбор элементной базы для многоконтурных фильтров: роль L - и C-элементов в обеспечении точности, стабильности, надежности, приемлемой стоимости. Сглаживающие фильтры. Перспективы использования бескорпусных ЭРЭ в LC-фильтрах. Активные RC-фильтры: классификация, схемы построения и основы проектирования.

2.5. Элементы для поверхностного монтажа

Поверхностный монтаж как современная тенденция комплексной микроминиатюризации СМЭ. Базовые типоконструкции элементов для поверхностного монтажа. Безвыводные (чиповые) резисторы, конденсаторы. Выбор корпусов, материалов, формы выводов с учётом расположения элементов на печатной плате и применения методов групповой пайки. Технологические аспекты поверхностного монтажа. Особенности применения ГАП и используемого оборудования для сборки и испытания.

3. Устройства акустоэлектроники

3.1. Основные теоретические представления о фильтрации

и задержке сигналов В устройстваХ

акустоэлектроники

Частотный коэффициент передачи и импульсная характеристика фильтров, их связь через преобразование Фурье. Интеграл свертки. Передаточные функции реактивных фильтров. Общая классификация фильтров. Принцип действия дискретного фильтра. Основные характеристики линий задержки.

3.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И РАБОТЫ УСТРОЙСТВ

АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ

Физические основы акустоэлектроники. Типы акустических волн в твёрдом теле. Поверхностные акустические волны (ПАВ), их типы. Методы возбуждения ПАВ. Электродные преобразователи ПАВ: однофазные и двухфазные (встречно-штыревые). Упрощенные эквивалентные схемы преобразователей ПАВ. Согласование преобразователей с внешними цепями. Потери энергии в преобразователях ПАВ, однонаправленные преобразователи.

3.3. Фильтры на ПАВ

Особенности конструкции фильтров на ПАВ. Модели ВШП преобразователя, применяемые при анализе и расчете фильтров на ПАВ. Импульсная характеристика (ИХ) и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) эквидистантного ВШП. ИХ и АЧХ полосового фильтра на ПАВ. Аподизация ВШП и расчёт полосового фильтра. Функции и методы аподизации преобразователей в фильтрах на ПАВ. Параметры и применение фильтров на ПАВ.

3.4. Линии задержки на ПАВ

Классификация линий задержки на ПАВ. Особенности и основные характеристики. Импульсная характеристика ПАВ линии задержки (ЛЗ). Элементы расчета ПАВ ЛЗ. Конструктивные варианты ЛЗ с однократной задержкой и многоотводных ЛЗ. Регулировка времени задержки. Дисперсионные ЛЗ, принцип действия, применение, конструктивные варианты.

3.5. Резонаторы на ПАВ и другие элементы акустоэлектроники

Резонаторы на ПАВ: устройство, характеристики ПАВ-резонаторов (погрешность центральной частоты, потери и др.), применение в СМЭ. Функциональные (пьезоэлектрические) трансформаторы (на объёмных волнах и ПАВ), акустические разветвители, фазовращатели на ПАВ. Усиление ПАВ.

3.6. Выбор материалов и особенности технологии

устройств на ПАВ

Материалы, применяемые для изготовления звукопроводов устройств на ПАВ, и их основные характеристики. Основы технологии изготовления моно - и поликристаллических звукопроводов. Маршрутная технология фильтров на ПАВ на основе ЦТС керамики. Особенности создания электродных структур на поверхности звукопровода. Требования к корпусам устройств на ПАВ, основы технологии сборки.

4. Коммутационные устройства и соединители

4.1. ТЕОРИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ РАЗЪЕМНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Место и роль соединителей и устройств коммутации в СМЭ. Основы теории электрических разъёмных контактов: поверхности контактных тел, переходное сопротивление (Rстяг, Rтун, Rдоп). Физические механизмы переноса носителей заряда в разъёмных контактах. Нестабильность переходного сопротивления (статистическая и динамическая). Методика оценки переходного сопротивления для плоского и точечного контакта. Особенности эксплуатации контактов. Электрическая эрозия при размыкании и замыкании контактов. Схемы искрогашения. Механическая эрозия. Общий износ контактов при эксплуатации.

4.2. Основные типы конструкций

контактно-коммутационных устройств

Базовые типоконструкции контактно-коммутационных устройств, включающие неразъёмные, разъёмные, скользящие и разрывные контакты. Реле, герконы и другие электромеханические коммутационные элементы. Классификация и особенности конструктивного исполнения реле. Стандартизация типовых коммутационных устройств и соединителей. Применяемые материалы, процессы нанесения покрытий. Технологичность.

5. Устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС)

5.1. Принципы построения и действия ПЗС

Принципы функционирования, основные характеристики и параметры ПЗС. Классификация ПЗС. Построение ПЗС. Методы ввода и детектирования заряда. Конструктивные варианты линеек ПЗС: однонаправленные, ПЗС с объемным каналом и др. Технологические особенности изготовления ПЗС.

5.2. Структуры с зарядовой связью

Линии задержки на ПЗС. Дискретные фильтры на ПЗС: структура, методы взвешивания отсчётов, характеристики. ПЗС корреляторы. Сравнение основных параметров устройств обработки сигналов на ПЗС и на ПАВ. Принципы работы и основные параметры линейных и матричных формирователей видеосигнала на ПЗС. Построение ПЗС ЗУ, принципы их проектирования и основные параметры.

6. Элементы устройств памяти и логики

6.1. Классификация и основные свойства устройств

памяти, применяемых в СМЭ

Роль устройств памяти в СМЭ в связи с растущим использованием микропроцессоров. Используемые физические принципы. Классификация элементов памяти по функциональному назначению, в зависимости от метода доступа, особенностей записи, хранения и считывания. Основные характеристики устройств памяти: объем памяти, быстродействие, энергопотребление, стоимость, габариты, масса, и др. Элементы памяти на магнитных носителях – на ферритовых сердечниках, магнитных пленках. Основные методы создания магнитных пленок с необходимыми свойствами и контроля их параметров. Конструктивно-технологические пути повышения надежности и эффективности производства. Устойчивость элементов памяти различных типов к внешним воздействиям.

6.2. Элементы памяти на цилиндрических магнитных доменах

Образование и физическая сущность элементов памяти на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Методы возбуждения, продвижения и считывания ЦМД в устройствах памяти. Характеристики доменно-продвигающих структур. Конструктивно-технологические особенности и характеристики устройств памяти на ЦМД. Стабильность и надежность.

6.3. Элементы полупроводниковых ЗУ и логических устройств

Принцип работы элементов памяти на биполярных транзисторах. Разновидности ячеек памяти – ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л. Характеристики и области применения. Оперативная память на МОП-транзисторах: функциональные особенности и разновидности ячеек – статические n-канальные МОП, КМОП и динамические. Характеристики и области применения. Параметры логических элементов в составе микропроцессоров. Постоянные ЗУ масочного типа и на твёрдотельных МДП-структурах – МНОП, МОП ПЗ, с пленками аморфных полупроводников. Обозначения интегральных устройств памяти и логических элементов.

7. Элементы устройств оптоэлектроники и устройств отображения информации

7.1. Основы оптоэлектроники и волоконно-оптической связи

Основные направления оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных систем. Линзовая и волоконная оптика. Световоды: устройство и основные разновидности. Характеристики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Применяемые материалы и их влияние на основные характеристики световодов. Технология изготовления и сочленения волоконных световодов. Волоконно-оптические кабели.

7.2. Элементы оптоэлектронных систем обработки информации: излучатели и фотоприемники

Излучатели оптоэлектронных систем (ОЭС): требования, основные параметры. Материалы и основные типоконструкции светоизлучающих диодов (СИД). Принцип действия, основные характеристики фотоприемных элементов ОЭС. Разновидности фотоприемников: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Оптопары и оптроны. Оптоэлектронные функциональные элементы, интегральные схемы. Принципы работы и особенности применения оптических дисковых систем в качестве запоминающих устройств.

7.3. Элементы устройств отображения информации:

основные разновидности и характеристики

Классификация устройств отображения информации, в частности, индикаторов; их характеристики и параметры. Конструктивно-технологические разновидности и основные характеристики индикаторов: на лампах накаливания, полупроводниковые, газоразрядные, катодолюминесцентные, электролюминесцентные индикаторы. Физические основы функционирования жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), используемые физические эффекты. Технические и эксплуатационные свойства. Основные типоконструкции ЖКИ: буквенно-цифровые, аналоговые, мозаичные, ЗУ на основе ЖК. Конструкция и технология ЖКИ с динамическим рассеянием и на твист-эффекте. Технические и эксплуатационные свойства.

8. Криотроны, хемотроны и другие УФЭ

8.1. Криотроны и другие устройства на основе сверхпроводимости

Сверхпроводники. Квантование магнитного потока. Джозефсоновские переходы. Криотроны и приборы на основе эффекта Джозефсона. Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор. Примеры схем. Применение новых материалов для устройств криогенной техники, высокотемпературная сверхпроводимость.

8.2. Хемотроны и другие функциональные элементы

Хемотроны, особенности конструкции и применение. Приборы на основе аморфных полупроводников, на эффекте Ганна и др. Биоэлектроника. Перспективы развития элементной базы СМЭ.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Исследование характеристик линий задержки на основе LC-фильтров;

2. Исследование характеристик пьезоэлектрических трансформаторов;

3. Исследование фильтров и линий задержки на ПАВ;

4.  Исследование параметров контактных коммутационных устройств.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1.  , Зеленский функциональной электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.

2.  , , Горбунов . - М.: Высш. шк., 1987.

3.  Речицкий радиокомпоненты. - М.: Радио и связь, 1987.

4.  Свитенко . - М.: Высш. шк., 1987.

Дополнительная

1. Лаксон Дж. Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление. - М.: Мир, 1985.

2. Иванов металлические плёнки в микроэлектронике. - М.: Сов. радио, 1980.

3. , , Кокин в оптоэлектронику. - М.: Высш. шк., 1991.

4. , , Персианов приборы для отображения информации. - М.: Радио и связь, 1985.

5. , Технология поверхностного монтажа.

Будущее технологии сборки в электронике. - М.: Мир, 1990.

6. , , Шаталов токопроводящие системы СБИС. - Мн.: Выш. шк., 1989.

6.  Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование / Под ред. . - М.: Высш. шк., 1984.

8. Грязнов и дроссели в импульсных устройствах. - М.: Радио и связь, 1986.

9. Вдовин импульсных трансформаторов. - Л.: Энергоатомиздат, 1991.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-036/тип.

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

Кафедра информатики Учреждения образования «Минский государственный радиотехнический колледж» (протокол отг.);

2-й неврологический отдел Государственного учреждения «Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии» Министерства здравоохранения Республики Беларусь (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Введение в специальность» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Она предусматривает ознакомление студентов с историей развития медицинской электроники, основными ее направлениями и современным уровнем развития, стандартом, учебным планом и квалификационной характеристикой специальности, профессиональными задачами, решаемыми инженером по специальности «Медицинская электроника», принципами рациональной организации умственной работы в процессе обучения, основами работы с литературой и нормативной технической документацией.

Рассматриваемая дисциплина является ознакомительной и вводной для таких дисциплин учебного плана, как «Элементная база средств медицинской электроники», «Электронная лечебная аппаратура», «Приборы и системы функциональной диагностики» и др.

В результате освоения дисциплины «Введение в специальность» студент должен:

уметь:

- пользоваться научно-технической, справочной, учебной и вспомогательной литературой, методикой рационального конспектирования и усвоения лекционного материала и другой учебной информации;

иметь представление:

-  о проектировании средств медицинской электроники;

-  об основных направления развития медицинской техники, искусственных источниках внешних лечебных воздействий;

-  о методах диагностирования человека;

знать:

- квалификационную характеристику инженера электронной техники и особенности учебного плана;

- содержание основных курсов специальности «Медицинская электроника».

Программа рассчитана на 35 учебных часов, в том числе 20 аудиторных часов занятий.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Подготовка специалистов с высшим образованием по специальности Медицинская электроника

История развития медицинской электроники. Роль медицинской электроники в современной медицине и электронике. Функции инженерных кадров в области здравоохранения. Задачи подготовки специалистов с высшим образованием и их решение в университете. Сущность и содержание многоступенчатой системы высшего образования. Квалификационная характеристика и учебный план специальности «Медицинская электроника». Особенности обучения по специальности. Краткий обзор читаемых курсов. Получаемая квалификация и назначение выпускаемых специалистов. Содержание профессиональной деятельности.

Раздел 2. Принципы рациональной организации умственного труда в процессе учебы

Виды умственного труда. Учеба и самоподготовка как виды умственного труда. Принципы рациональной организации умственного труда, обеспечивающие повышение его эффективности и работоспособности студентов. Приемы, применяемые при конспектировании лекций. Основы работы с литературой и технической документацией. Виды научно-технической и учебной литературы и их использование в учебном процессе. Принципы подбора и поиска литературы по библиотечным каталогам. Предметный и алфавитный каталоги. Децимальный номер. Цели работы с литературой. Знакомство с темой, конспектирование, поиск нужной информации, анализ, составление рефератов. Ведение учета литературы.

Раздел 3. Научные исследования и организация НИРС

в университете и на профилирующей кафедре

Цели и задачи научных исследований, проводимых в учебном процессе, и их связь с учебным процессом. Участие студентов в НИР. СНТО и его работа. Структура профилирующей кафедры. Тематика научно-исследовательских работ, выполняемых на кафедре.

Раздел 4. Основные направления

современной медицинской электроники

Классификация медицинской аппаратуры. Системы функциональной диагностики. Лечебная аппаратура. Приборы лабораторной диагностики, аппаратура для реабилитации больных и инвалидов. Направления применения компьютеров и современных электронных и информационных технологий в медицине. Основы проектирования и применения современных средств медицинской электроники. Этапы и особенности проектирования медицинской аппаратуры. Учет требований техники безопасности, эргономики, обеспечение надежности, простоты управления, технологичности. Нормативные документы по разработке медицинской аппаратуры. Элементная база и материалы для средств медицинской электроники. Классификация элементной базы, применяемой в медицинской аппаратуре. Сенсоры для медицинской измерительной аппаратуры и требования к ним. Материалы, применяемые для изготовления деталей и узлов медицинской аппаратуры и требования к ним.

Примерный перечень рефератов

1.  Электрокардиографическая аппаратура - принципы построения, история, современный уровень.

2.  Электромиографическая аппаратура: принципы построения, история, современный уровень.

3.  Ультразвуковая аппаратура: принципы построения и современный уровень.

4.  Рентгеновская аппаратура: принципы построения, история, современный уровень.

5.  Эндоскопическая техника: принципы построения, история, современный уровень.

6.  Обзор по электротерапевтической аппаратуре.

7.  Электроды для биомедицинских измерений.

8.  Фотоэлектрические датчики и их применение в медицинских диагностических приборах.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Государственный стандарт высшего образования специальности Т.07.03.00 «Медицинская электроника». Мн.,1999.

2. , Кореневский и фотометрическая медицинская техника. – М.: Высш. шк., 2002.

3. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. , , . – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 376с.

4. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред. и М. Враны. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

5. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека / , , и др. – Л.:Наука, 1990.

6. Ливенсон аппаратура: Учеб. пособие - М.: Медицина, 1991.

Дополнительная

1. Цыбров электронная аппаратура: Учеб. пособие.- М.: МВТУ им. , 198с.

2. Кавецкий радиоэлектронных приборов в биологии и медицине. – Киев: Наук. думка, 1986.

3. Ремизов и биологическая физика. – М.: Высш. шк.,1996.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-037/тип.

АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА СРЕДСТВ

МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, заведующий кафедрой телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», доцент, кандидат технических наук;

Кафедра микроэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 11 от 01.01.2001 г.);

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 17 от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Целью преподавания дисциплины является освоение будущими специалистами принципов работы электронных устройств аналоговой обработки сигналов и основ их схемотехнического проектирова­ния на современной элементной базе.

К основным задачам дисциплины относится изучение принципов построения и функционирования усилительных схем на различных электронных приборах, основ теории обратной связи и ее использования для формирования требуемых параметров и характеристик устройств аналоговой обработки сигналов, методов моделирования и анализа линейных радиоэлектронных схем в частотной и временной областях, а также основ интегральной аналоговой схемотехники.

Дисциплина «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» является одним из первых специализированных курсов в подготовке инженеров специальности «Медицинская электроника» и находится на стыке дисциплин, обеспечивающих базовую теоретическую и инженерную подготовку специалиста. Фундаментальной основой для изучения дисциплины являются знания, полученные в курсах «Высшая математика», «Физика», «Электротехника», «Электронные приборы», «Метрология и измерения» и др.

В результате освоения дисциплины «Аналоговая схемотехника средств медицинской электроники» студент должен:

знать и понимать:

-  параметры и характеристики устройств аналоговой обработки гармонических и импульсных сигналов, методы их измерения;

-  принципы использования обратной связи для формирования требуемых параметров и характеристик устройств аналоговой обработки сиг­налов;

-  физику работы усилительных схем на различных электронных приборах;

-  критерии выбора и способы обеспечения заданных режимов работы схем в реальных эксплуатационных условиях;

-  принципы построения устройств обработки сигналов с использованием интегральных операционных усилителей;

уметь характеризовать:

-  современные направления проектирования и тенденции развития средств медицинской электроники с использованием принципов аналоговой обработки сигналов;

уметь анализировать:

-  процессы в аналоговых электронных схемах, их связь с конструкцией устройства и эксплуатационными условиями;

приобрести навыки:

-  инженерного проектирования и расчета аналоговых электронных устройств;

-  компьютерного моделирования и экспериментального исследования устройств различного функционального назначения с использованием современной вычислительной и измерительной техники.

Программа рассчитана на объем 102 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 34 часа. Курсовое проектирование может быть предусмотрено с дополнительным объемом внеаудиторной работы в 45 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами, методические указания по изучению. Области применения аналоговой схемотехники в медицинской электронике, клас­сификация аналоговых электронных устройств. Краткий исторический обзор и тенденции развития анало­говой электронной техники.

Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Входные и выходные данные устройства. Коэффициенты передачи по мощности, току и напряжению.

Амплитудно-частот­ная (АЧХ), фазочастотная (ФЧХ) и переходная (ПХ) характеристики, связь между ними. Формирование характеристик в частотной и временной областях элементарными звеньями. Логарифмические и линеаризованные формы представления АЧХ и ФЧХ.

Линейные и нелинейные искажения сигнала, нормирование искажений. Шумы и помехи в цепях аналоговых схем. Амплитудная характеристика и динамический диапазон устройства.

Стабильность параметров схем в эксплуатационных условиях.

Тема 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Виды обратных связей (ОС), способы организации. Показатели, характеризующие ОС.

Влияние ОС на коэффициент передачи и его стабильность, входное и выходное сопротивление устройства, его частотную, фазовую и переходную характеристики.

Динамический диапазон схемы с ОС. Устойчивость многокаскадных схем с обратной связью.

Тема 3. БАЗОВАЯ CХЕМОТЕХНИКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Критерии выбора элементной базы при проектировании усилителей. Режимы работы усилительных элементов. Энергетические показатели усилителя в различных режимах.

Способы включения биполярных транзисторов (БТ) по сигналу, основные свойства. Усилительные каскады по схе­мам с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК), основные параметры в области средних частот. Частотные свойства и динамический диапазон каскадов на БТ.

Цепи питания БТ в усилительных каскадах. Нестабилизированные цепи питания, причины нестабильности. Стабилизация режима с использованием обратной связи по постоянному току. Параметрическая стабилизация режима.

Усилительные каскады на полевых транзисторах (ПТ) по схемам с общим истоком (ОИ), общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС), основные параметры в области средних частот. Частотные свойства и динамический диапазон каскадов на ПТ.

Цепи питания ПТ в усилительных каскадах. Нестабилизированные цепи питания, причины нестабильности. Стабилизация режима ПТ в каскадах.

Источники тока и токовые зеркала на транзисторах.

Тема 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ

Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Влияние разделительных и блокировочных конденсаторов на формирование частотных и переходных характеристик. Каскады с повышенным входным сопротивлением на биполярных и полевых транзисторах.

Тема 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ

Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования, предъявляемые к выходным каскадам. Виды выходных каскадов. Построение нагрузочных характеристик. Однотактные бестрансформаторные и трансформаторные выходные каскады. Двухтактные выходные каскады.

Тема 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЕЙ

Усилители постоянного тока (УПТ). Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа характеристик.

Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных и полевых тран­зисторах. Принцип действия, параметры в режиме малого сигнала.

Широкополосные и импульсные усилители с коррекцией частотных и переходных характеристик. Методы коррекции характеристик.

Тема 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Операционные усилители (ОУ). Основные параметры, типовые структуры и каскады современных ОУ. Принципы анализа схем на ОУ. Инвертирующее, неинвертирующее и дифференциальное включение ОУ.

Линейные преобразователи сигналов на ОУ. Масштабное преобразование, суммирование и вычитание сигналов. Дифференциаторы и интеграторы сигналов. Активные фильтры на ОУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тенденции и перспективы развития схемотехники аналоговых электронных устройств. Программное обеспечение САПР аналоговых схем.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Кроме основной задачи - закрепления теоретических знаний лекционного курса, ПЗ должны быть направлены на помощь в выполнении курсовой работы, если планом предусматривается ее выполнение параллельно с лекционным курсом. При общем объеме 34 часа тематика ПЗ распределяется следующим образом:

-  Основные параметры и характеристики АЭУ - 4 часа.

-  Применение обратной связи в АЭУ - 4 часа.

-  Цепи питания биполярных и полевых транзисторов - 4 часа.

-  Каскады предварительного усиления - 8 часов.

-  Регулировка и коррекция в усилителях - 2часа.

-  Выходные каскады - 2 часа.

-  Широкополосные и дифференциальные усиличаса.

-  Устройства аналоговой обработки сигналов на ОУ - 4 часа.

-  Моделирование и анализ аналоговых схем на ПЭВМ - 4 часа.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Цикл лабораторных работ по курсу может включать в себя следующие работы:

-  Методы измерения основных характеристик и параметров АЭУ.

-  Исследование широкополосного каскада на биполярном транзисторе.

-  Исследование дифференциального усилителя.

-  Исследование многокаскадного усилителя с цепями обратной связи.

Перед выполнением лабораторной работы предполагается самостоятельная двухчасовая работа студентов, связанная с изучением ре­комендуемых пособий и выполнением расчетного задания. Для опреде­ления готовности студента к выполнению лабораторной работы прово­дится 5-10- минутное собеседование преподавателя с каждой бригадой или индивидуальный опрос. Результаты выполнения лабораторной рабо­ты студентами оформляются в виде индивидуальных отчетов, защита которых проводится, как правило, на следующем занятии.

При первом посещении лаборатории по данному курсу студенты инструктируются по правилам охраны труда и техники безопасности.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ

Цель работы - получение практических навыков в схемотехническом проектировании аналоговых электронных устройств. Наиболее показательной в учебном плане является разработка усилителей сигналов звуковых частот для аппаратуры различного вида и категории сложности. Однако тематика проектирования может быть расширена в любую область применения аналоговых схем: биометрические, широкополосные и импульсные усилители, УПТ и ОУ специального назначения, устройства обработки и преобразования анало­говых сигналов и т. д.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать следующие разделы:

1)  введение;

2)  предварительный расчет и обоснование структурной схемы;

3)  покаскадный электрический расчет принципиальной схемы;

4)  анализ характеристик схемы с использованием ЭВМ;

5)  заключение;

6)  список использованных источников.

Графическая часть работы содержит чертеж принципиальной электрической схемы устройства и перечень элементов. Тестовая и графическая части работы должны оформляться в соответствии с нормами ЕСКД.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

Для компьютерного моделирования и анализа аналоговых электронных схем рекомендуется использовать программные продукты ведущих мировых разработчиков. Демонстрационные версии программ, пригодные к использованию в учебном процессе, распространяются по сети Интернет бесплатно. К числу таких программ относятся:

1.  Electronics Workbench EDA (версия 5 и выше).

2.  Microcap (версия 5 и выше).

3.  OrCAD Pspice A/D.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1.  Ногин электронные устройства: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.

2.  Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов / Под ред. . - М.: Радио и связь, 1994.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  и др. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Г.В. Войшвилло. - М.:Радио и связь,1986.

2.  Расчет электронных схем/Под ред. . М.: Высш. шк., 1987.

3.  Попов электронные устройства: Метод. пособие. В 5 ч. - Мн.: БГУИР, .

4.  , , Шатило указания по выполнению курсового проекта по курсу "Аналоговые электронные устройства". - Мн.: БГУИР, 1997.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-039/тип.

ЦИФРОВАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, старший преподаватель кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;

Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Цифровая и импульсная техника» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является знание теории, инженерного расчета и умение проектирования схем получения и преобразования импульсов напряжения и тока.

В результате освоения дисциплины «Цифровая и импульсная техника» студент должен:

знать:

- базовые вопросы современной импульсной и цифровой техники, виды импульсных сигналов и их параметры; методы преобразования импульсов с помощью линейных и нелинейных цепей; ключевые и логические устройства; принципы функционирования и схемотехнику триггеров, формирователей, генераторов импульсов, построенных на дискретных и интегральных элементах, методы синтеза комбинационных схем и цифровых автоматов;

уметь:

- решать задачи проектирования и использования импульсных и цифровых устройств в различных СМЭ, синтеза логических и некоторых функциональных устройств СМЭ, вопросы синтеза цифровых автоматов.

Программа рассчитана на объем 150 учебных часов, том числе 100 часов аудиторных.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ

УСТРОЙСТВ СМЭ

Тема 1. Предмет и основные задачи курса

Характеристики импульсного процесса. Основные понятия и определения. Виды импульсных сигналов. Параметры электрических импульсов. Элементная база импульсной техники: линейные пассивные цепи, нелинейные элементы, ключевые устройства, операционные усилители, функциональные импульсные устройства. Типы и общая характеристика импульсных и цифровых устройств.

История развития импульсных и цифровых устройств, роль отечественных и зарубежных ученых.

Раздел 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ

Элементы линейных импульсных цепей. Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осуществление операций дифференцирования и интегрирования импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных параметров на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с обратной связью для повышения точности дифференцирования.

Назначение и области применения электрических линий задержки (ЛЗ). Свойства ЛЗ. Основные типы ЛЗ. Формирование импульсных сигналов с помощью длинных и искусственных линий задержки.

Раздел 3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей.

Усилители-ограничители на операционных усилителях. Компараторы.

Фиксация начального уровня импульсных сигналов.

Усилители-формирователи укороченных импульсов.

Раздел 4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

Алгебра логики: основные понятия. Логические переменные. Простейшие логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение. Логические функции. Способы задания логических функций.

Основные законы алгебры логики.

Преобразование булевых выражений. Тождественные преобразования, дизъюнктивные и нормальные формы, отрицание выражений.

Минимизация логических функций. Аналитические и табличные методы минимизации. Минимизация неполностью определенных логических функций.

Логические схемы. Логический базис. Построение логических схем по логическим уравнениям. Операция неравнозначности, реализация ее в различных базисах. Комбинационные схемы. Синтез комбинационных схем.

Выполнение логических операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия теории конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время. Способы задания автомата: таблица переходов и выходов, граф автомата.

Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Синтез цифрового автомата. Линейные автоматы. Автоматы с программируемой логикой.

Раздел.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Характеристики электронных ключей. Диодные ключи.

Транзисторные ключи. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером.

Методы повышения быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с фиксацией выходного напряжения, насыщенный ключ с нелинейной отрицательной обратной связью.

Логические элементы. Основные параметры и характеристики логических элементов.

Общая характеристика серий цифровых интегральных микросхем. Условные обозначения микросхем. Параметры и особенности схемотехнического построения базовых логических элементов ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, п-МОП, р-МОП, к-МОП, ИИЛ, ПТШ-GaAs серий. Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы.

Раздел 6. ТРИГГЕРЫ

Триггеры на интегральных микросхемах. Классификация. RS–триггеры. D–триггеры. T–триггеры. JK–триггеры.

Несимметричные статические триггеры, принцип действия, назначение, условия работоспособности, основные характеристики.

Раздел 7. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Основные характеристики мультивибраторов.

Мультивибраторы на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Определение формы, длительности импульсов и времени восстановления. Регулировка и стабильность длительности импульсов.

Ждущие мультивибраторы (одновибраторы) на биполярных транзисторах. Ждущий мультивибратор с коллекторно-базовыми связями.

Мультивибраторы на цифровых интегральных схемах в ждущем и автоколебательном режимах. Мультивибраторы жесткого возбуждения и с автоуправляемым смещением.

Мультивибраторы на операционных усилителях в автоколебательном и ждущем режимах.

Раздел 8. БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРЫ

Блокинг-генераторы, назначение и основные характеристики. Основная схема транзисторного блокинг-генератора с коллекторно-базовой связью: принцип действия, условия работоспособности, анализ длительности фронтов, вершины импульса, периоды следования импульсов.

Варианты схем блокинг-генераторов.

Раздел 9. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Основные характеристики и области применения генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).

Принцип действия и основные характеристики ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью.

Методы улучшения линейности ГЛИН: ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником; ГЛИН с компенсирующей эдс; ГЛИН с емкостной обратной связью и внутренним стробированием (фантастрон). Варианты схемной реализации методов.

Генераторы линейно изменяющегося тока (ГЛИТ).

Раздел 10. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Селекторы импульсов: назначение, принцип действия и основные характеристики селекторов по амплитуде, длительности и временному положению импульсов.

Нелинейные устройства для получения временной задержки (интегральные таймеры).

Регистры: параллельные, последовательные, параллельно-последовательные, специализированные.

Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с параллельным переносом. Двоично-десятичные счетчики.

Дешифраторы.

Кодирующие устройства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные направления и перспективы развития и совершенствования импульсных и цифровых устройств.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Электронные ключи на биполярных транзисторах.

2. Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.

3. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.

4. Исследование мультивибраторов.

5. Итоговое занятие.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ

Курсовая работа выполняется по темам: «Функциональные импульсные и цифровые устройства», «Цифровые автоматы».

Примеры курсовых работ:

1.  Селектор импульсов по длительности.

2.  Генератор задержанных импульсов с плавной регулировкой задержки.

3.  Устройство десятичной статической индексации.

4.  Устройство десятичной динамической индексации.

5.  Цифровой автомат.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Системы счисления, применяемые при проектировании цифровых устройств.

2.  Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

3.  Арифметические операции с двоичными числами с использованием двоичных кодов.

4.  Арифметические операции с двоичными числами с использованием прямого, обратного и дополнительного кодов.

5.  Функции алгебры логики. Формы представления функций алгебры логики.

6.  Упрощение функций алгебры логики с использованием теорем булевой алгебры.

7.  Упрощение функций алгебры логики с помощью карт Карно.

8.  Упрощение функций алгебры логики машинными методами.

9.  Синтез схемы индикации десятичных цифр.

10.  Синтез схемы для суммирования двоичных чисел.

11.  Синтез схемы для вычитания двоичных чисел.

12.  Синтез схем сложения и вычитания двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительных кодах.

13.  Синтез сумматора по модулю 2, дешифратора, демультиплексора, мультиплексора.

14.  Синтез комбинационных схем на мультиплексорах.

15.  Синтез комбинационных схем на программируемых логических матрицах.

16.  Способы описания и задания абстрактного цифрового автомата.

17.  Синтез абстрактного автомата.

18.  Синтез структурного автомата.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. , Попов устройства: Учеб. пособие. - М.: Сов. радио, 1992.

3. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем/ Под ред. . - М.: Высш. шк., 1985.

4. Ерофеев техника. - М.: Высш. шк., 1989.

5. Кучумов и схемотехника. - М., 2002.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  Гольденберг устройства: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Радио и связь, 1981.

2.  Кучумов и схемотехника. - М.: Гелиос АРВ, 2002.

3.  , , Вычислительные устройства на микросхемах. - Киев: Техника, 1986.

4.  Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие/ Под ред. . 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1985.

5.  Гутников электроника в измерительных устройствах. 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отд-ние, 1988.

6.  Единая система конструкторской документации. Правила выполнения схем. ГОСТ 2.728.74.

7.  Интегральные микросхемы: Справочник/ Под ред. . - М.: Радио и связь, 1984.

8.  Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник/ Под ред. . М.: Энергоатомиздат, 1985.

9.  и др. Цифровые интегральные микросхемы. - Мн.: Беларусь, 1991.

10.  Левкович ключи на биполярных транзисторах: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.

11.  Левкович формирователей импульсов на интегральных микросхемах: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 2000.

12.  Левкович мультивибраторов: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 2000.

13.  Левкович генераторов линейно изменяющегося напряжения: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.

14.  Левкович блокинг-генератора: Метод. указания к лаб. работе. - Мн.: БГУИР, 1999.

Утверждена

УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-040/тип.

МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ И МИКРОТЕХНОЛОГИИ

В СРЕДСТВАХ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

, старший преподаватель кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, доцент кафедры конструирования и производства приборов Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет», кандидат технических наук;

Кафедра сетей и устройств телекоммуникаций Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Микроэлектронные схемы и микротехнологии в средствах медицинской электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Целью курса является изучение научных основ расчета интегральных схем (ИС) и структуры технологических процессов изготовления интегральных микросхем (ИМС) в условиях современного производства. Изучение дисциплины основано на знаниях, полученных студентами по курсам «Электротехника», «Электронные приборы».

В результате освоения дисциплины «Микроэлектронные схемы и микротехнологии в средствах медицинской электроники» студент должен:

знать:

- типовые технологические процессы изготовления специализированных ИС и используемые материалы;

- схемотехническую реализацию, расчет и синтез цифровых и аналоговых ИМС средств медицинской техники;

уметь характеризовать:

- технологические процессы производства и методы синтеза специализированных интегральных схем медицинского применения;

уметь анализировать:

- различные методы проектирования средств медицинской электронной техники на основе программируемых логических матриц, однокристальных ЭВМ, периферийных интерфейсных контроллеров;

приобрести навыки:

- разработки электрических схем и технологии изготовления интегральных схем для новых медицинских электронных аппаратов;

- синтеза заказных и полузаказных ИМС и разработки микропрограмм для контроллеров средств медицинской электронной техники.

Программа рассчитана на 150 учебных часов, в том числе 102 аудиторных часа занятий. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторные работы – 34 часа, практические занятия – 17 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. КОНСТРУКЦИИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ, ГИБРИДНЫХ

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС

Подложки ИМС. Материалы, требования к ним. Пленочные резистивные, емкостные, проводящие элементы. Основные параметры, конструкции и исходные материалы элементов. Расчетные соотношения, методика проектирования и инженерного расчета пленочных элементов. Виды компонентов, бескорпусные активные компоненты полупроводниковых ИМС, транзисторы, диоды. Их конструктивно-технологические варианты. Пассивные элементы. Конструкции интегральных микросхем и микропроцессоров. Требования к конструкции ИМС. Типовые характеристики пленочных, гибридных и полупроводниковых ИМС. Особенности конструкции БГИС и микросборок, коммутационная плата как их основа. Технология получения слоев методом термического испарения в вакууме. Оборудование для вакуумных методов получения пленок. Сущность метода и схема установки для вакуумно-термического осаждения слоев. Термодинамика и кинетика процессов испарения. Состав осаждаемой пленки при испарении сплавов и многокомпозиционных смесей. Физические условия в рабочей камере установки. Влияние степени вакуума, температуры подложки и скорости конденсации на электрофизические параметры пленок. Классификация вакуумного оборудования.

Раздел 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, КОНДЕНСАТОРОВ, ПРОВОДНИКОВ И КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК

Технология напыления тонкопленочных резисторов. Материалы резистивных пленок. Технология и особенности осаждения резистивных пленок из металлов, сплавов и композиционных смесей. Технология получения тонкопленочных конденсаторов. Материалы и особенности осаждения диэлектрических слоев. Материалы и технология получения обкладок конденсаторов. Технология осаждения токопроводящих систем (ТС) (межсоединений и контактных площадок). Конструктивно-технологические особенности многоуровневых ТС в полупроводниковых и гибридных ИС. Материалы и технология осаждения токопроводящих слоев. Плазменные методы удаления и осаждения веществ с поверхности твердого тела. Сущность метода и принципиальная схема установки для ионно-плазменного осаждения слоев. Условия, обеспечивающие реализацию ионного и ионно-плазменного распыления (ИПР) в оборудовании: предельное парциальное и общее давление остаточных газов, локализация плазмы, стабилизация напряжения разряда, теплового режима подложки-пластины и мишени. Классификация и принцип действия ИПР систем. Основные типы оборудования ИПР и травления пленок. Преимущества и недостатки технологического процесса ИПР. Сущность основных процессов плазмохимической (ПХ) обработки: ПХ-травления диэлектриков, металлов и полупроводников; снятие слоев фоторезиста (ФР) и очистка пластин-подложек; синтез и осаждение пленок.

Раздел 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ

ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПАСТ

Сущность толстопленочной технологии. Конструктивно-технологические особенности толстопленочных ИС. Композиционные пасты для резистивных, диэлектрических и проводящих слоев. Технология получения паст. Перспективы использования новых материалов. Основные этапы технологического процесса получения толстопленочных ИС. Методы нанесения паст. Технология формирования рисунка. Особенности подложек для толстопленочных ИС.

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

Роль окисных пленок в технологии ИМС. Методы получения диэлектрических пленок. Термическое окисление кремния. Методы проведения операций термического окисления. Осаждение пленок диэлектриков и поликристаллического кремния из газовой фазы. Техника пиролитического и плазмохимического осаждения. Основные параметры пленок диэлектриков и поликристаллического кремния. Диэлектрические пленки в ГИМС.

Раздел 5. ТЕХНОЛОГИЯ ДИФФУЗИИ И ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Применение диффузии в технологии ИС. Основы метода высокотемпературной диффузии. Источники примесей и требования к ним. Устройство диффузионных печей. Методы измерения глубины залегания p-n - перехода. Другие методы проведения диффузионных процессов: диффузия из ионно-легированных слоев, диффузия из поликристаллического кремния, радиационно-стимулированная диффузия, электрохимическое легирование. Основы метода ионного легирования, его сущность. Формирование ионного пучка. Распределение пробегов ионов в аморфных и монокристаллических мишенях. Влияние отжига на распределение внедренных ионов. Маскирование при ионном легировании, возможности ионной имплантации при создании различных классов полупроводниковых приборов и ИС с мелкозалегающими p-n – переходами.

Раздел 6. ЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИМС

Основные термины. Эпитаксия. Автоэпитаксия, гетероэпитаксия, хэмоэпитаксия. Переходной эпитаксиальный слой. Элементы теории эпитаксиального роста. Классификация методов получения эпитаксиальных слоев. Получение эпитаксиальных слоев из газообразной фазы. Автоэпитаксия кремния. Хлоридный метод. Получение автоэпитаксиальных слоев кремния пиролизом силана. Получение эпитаксиальных слоев из молекулярных пучков в вакууме. Получение эпитаксиальных слоев из расплавов. Локальная эпитаксия. Практическое использование гетероэпитаксии. Легирование эпитаксиальных слоев. Методы контроля эпитаксиальных слоев. Аппаратура и производственное оборудование для проведения эпитаксиальных процессов.

Раздел 7. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ РИСУНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИС

Метод свободной и контактной масок. Технология изготовления моно - и биметаллических свободных масок. Металлические и фоторезестивные контактные маски. Технология изготовления прецизионных масок. Контактная фотолитография. Физико-химические основы фотолитографического процесса. Фоторезисторы. Процесс фотолитографии и его основные операции. Методы формирования фоторезистивного слоя. Фотошаблоны и технология их производства. Проекционная фотолитография. Электронолитография и рентгенолитография - методы создания прецизионной топологии ИС с высокой разрешающей способностью. Резисисты для электронолитографии. Принцип метода рентгенолитографии. Шаблоны и резисты для рентгенолитографии. Методы получения рисунка микрофрезировкой остросфокусированными потоками частиц: электронным лучом, ионным лучом, лучом ОКГ.

Раздел 8. СБОРКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Основные операции сборки ИС. Разделение пластин и подложек на кристаллы и платы скрайбированием; абразивной резкой проволкой; резкой алмазными дисками (АРД); электронно-лучевая и лазерная резка. Общие требования к микросборочному оборудованию. Принципиальные схемы оборудования: присоединение выводов методами термокомпрессии, УЗ сваркои, электроконтактной микросваркой расщепленным электродом, комбинированной УЗ микросваркой с косвенным импульсным нагревом (УЗСКН). Лужение и пайка при монтаже ИС. Типы выводов. Особенности монтажа навесных элементов с навесными выводами. Монтаж ИС с шариковыми выводами. Основные типы корпусов ИС и требования, предъявляемые к ним. Основные требования к герметичности приборов. Методы контроля герметичности (жидкостный, гелиевый, диффузионный).

Раздел 9. ЭЛЕМЕНТЫ ЛОГИКИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Вентили с резистивной и активной нагрузкой. Монтажная логика. Вентили с тремя состояниями. И2Л-инвертор. И2Л-вентиль с двумя входами, реализующий операцию ИЛИ-НЕ. И2Л-вентиль с двухколлекторным транзистором и монтажными связями с другими И2Л -вентилями. Схема ТТЛ с диодами Шоттки. Схемы ТТЛШ с ограничением входных уровней, со схемой ограничения в цепи питания, с ограничением на основе p-n-p - транзистора. Базовые логические элементы ТТЛШ-логики.

Раздел 10. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ И КМОП-СТРУКТУРАХ

Логические элементы на полевых транзисторах и КМОП-структурах. Вентили на полевых транзисторах. Вентили И-НЕ и ИЛИ-НЕ на n-канальных нормально закрытых МОП-транзисторах. n-МОП-инвертор с обедненным транзистором в качестве нагрузки. Р-МОП-инвертор. Быстродействие и потребляемая мощность. n-МОП-вентили для вычисления сложных булевых функций. Элементы на КМОП-структурах. КМОП-инвертор. КМОП-вентили И-НЕ и ИЛИ-НЕ. КМОП-вентили для вычисления сложных булевых функций. Быстродействие и потребляемая мощность.

Раздел 11. СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ИМС

Источники опорного напряжения и постоянного тока. Транзисторный источник напряжения. Стабилизированный источник напряжения. Смещение в эмиттерном повторителе. Эмиттерные повторители с расщепленными источниками. Источники постоянного тока. Транзисторный источник. Смещение, рабочий диапазон ИТ. Стабилизированный источник тока. Токовое зеркало. Каскадный источник тока. Дифференциальный усилитель как элемент ИМС. Расчет дифференциальных усилителей. Смещение с помощью источника тока. Усилитель с токовым зеркалом в качестве активной нагрузки. ДУ как схемы расщепления и компараторы. Использование дифференциальных усилителей в ИМС.

Раздел 12. СХЕМОТЕХНИКА ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Структура ЗУПВ. Дешифраторы, логика управления, генераторы записи/считывания. Элементы памяти для ПЗУ. Размещение схем на кристалле ЗУПВ. Инструментальные и программные средства разработки ИС памяти. Логические ячейки. Схемы ячеек памяти. Передаточные характеристики и помехоустойчивость ячеек памяти. Средняя задержка, расчет длительности переходных процессов. Коэффициент усиления и нагрузочная способность. Программируемые логические матрицы. Структура ПЛМ. Архитектура ПЛМ. Синтез устройств комбинационного типа на базе ПЛМ. Синтез устройств с памятью на основе ПЛМ. Инструментальные и программные средства для программирования и отладки ПЛМ.

Примерный перечень ТЕМ лабораторных работ

1. Получение тонкопленочных элементов ИС термическим испарением в вакууме и исследование их свойств (подгонка тонкопленочных резисторов и исследование их свойств).

2. Процесс формирования конфигурации элементов ИС методом фотолитографии (изучение процесса формирования конфигурации пленочных элементов ИС фотолитографией).

3. Исследование процессов диффузии при изготовлении полупроводниковых приборов и ИС (изучение техники ионной имплантации).

4. Сборка ИС. Разделение пластин и подложек (исследование процесса подсоединения выводов ИС ультразвуковой сваркой и разделение пластин и подложек алмазным скрайбированием).

5. Изучение и исследование характеристик и основных параметров транзисторных генераторов тока.

6. Изучение и исследование однокаскадных усилителей ИС на биполярных транзисторах.

7. Проектирование комбинационных устройств на элементах двоичной логики (синтез дешифраторов на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ).

8. Изучение внутренней структуры запоминающего устройства с произвольной выборкой.

Примерный перечень ТЕМ практических занятий

1. Диодные ограничители (расчет односторонних и двухсторонних ограничителей).

2. Расчет источников опорного напряжения (источники опорного напряжения на основе стабилитронов, транзисторные источники).

3. Расчет источников постоянного тока (источники с делителем напряжения, стабилитроном, схема токового зеркала).

4. Расчет дифференцальных усилителей (дифференциальный коэффициент усиления, частотная характеристика, подавление синфазных помех).

5. Синтез комбинационных схем (карты Карно, синтез на основе правил булевой алгебры).

6. Электрический расчет сверхинтегрированной ячейки памяти.

7. Синтез устройств на основе ПЛМ (синтез дешифраторов и устройств автоматики).

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Парфенов микросхем. - М.: Высш. шк., 1986.

2. Технология СБИС. В 2 кн.: Пер. с англ./ Под ред. С. Зи. - М.: Мир, 1986.

3. Черняев производства интегральных микросхем и микропроцессоров. - М.: Радио и связь, 1987.

4. Готра микроэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь. 1991.

5. Коледов и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.

6. , , Силин микросхем для высокопроизводительных систем обработки информации.- Мн.:Полифакт,1998.

7. Искусство схемотехники. Т.1,2,3.- М.: Мир, 1994.

8. , Петросянц цифровых микросхем на элементах инжекционной логики. - М.:Радио и связь, 1994.

9. Достанко интегральных схем. - Мн.: Выш. шк., 1981.

10. , Шагурин : Учеб. пособие для вузов.2-е изд. - М.: Радио и связь,1990.

Дополнительная

1. Лаксон Дж. Интегральные микросхемы: материалы, приборы, изготовление: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.

2. Розанов техника. - М.: Высш. шк., 1982.

3. и др. Плазменная металлизация в вакууме.- Мн.: Наука и техника, 1983.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-041/тип.

СИСТЕМОТЕХНИКА МЕДИЦИНСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;

Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа дисциплины «Системотехника медицинских электронных систем» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является расширение и углубление инженерной подготовки специалистов в вопросах базовой теории радиотехнических систем и обработки сигналов с применением в системотехнике медицинских электронных систем.

В результате освоения дисциплины «Системотехника медицинских электронных систем» студент должен:

знать:

- современное состояние использования средств радиоэлектроники и применения ее на системном уровне;

-  основные методы анализа и синтеза устройств обнаружения;

-  различения – распознавания, оценки параметров биомедицинских сигналов;

- принципы определения местоположения и параметров движения объектов; основы теории информации;

иметь:

- представление о системах с пространственно-временной обработкой сигналов, адаптивных системах, методах приема и обработки сигнала при неполной априорной информации;

- достаточные навыки и знания для использования их в курсовом и дипломном проектировании;

уметь:

- определять структуры оптимальных устройств обработки биомедицинских сигналов; оценивать потенциальные характеристики таких устройств и эффективность системы в целом, составлять блок-схему алгоритма решения поставленной задачи;

освоить:

- методику проведения измерений и приобрести навыки работы с аппаратурой, реальными системами.

Программа рассчитана на общий объем 180 учебных часов, в том числе 140 аудиторных часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ВВЕДЕНИЕ

В ДИСЦИПЛИНУ

Радиоэлектроника в медицине. Системный подход в медицинской электронной технике. Предмет и структура курса, его задачи. Радиоэлектронная медицинская система как система извлечения и передачи информации. Классификация радиоэлектронных систем и их применение в медицине. Основные технические характеристики.

Современные достижения, проблемы и тенденции развития аппаратуры для научной и практической медицины.

Раздел 2. Характеристики сигналов и помех

Временная структура сигнала. Закон модуляции, мощность и энергия. Основные характеристики сигналов. Основные характеристики временной структуры типовых одиночных сигналов и последовательностей таких сигналов. Принятый сигнал и его характеристики. Энергетические характеристики сигналов и помех.

Раздел 3. Статистическая теория обнаружения

Обнаружение сигналов в радиоэлектронных системах медицинского назначения. Критерии обнаружения (минимум среднего риска, идеального наблюдателя, Неймана-Пирсона). Постановка задачи обнаружения и методика ее решения. Отношение правдоподобия.

Раздел 4. Корреляционные обнаружители одиночных

сигналов

Структура корреляционного обнаружителя и принцип работы. Сжатие сложных сигналов по спектру. Отношение сигнал/помеха на выходе корреляционного обнаружителя. Эффективность корреляционной обработки одиночных сигналов.

Раздел 5. Фильтровый обнаружитель одиночных сигналов

Структура фильтрового обнаружителя. Импульсная характеристика оптимального фильтра. Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики оптимального фильтра. Примеры оптимальных фильтров для различных типовых сигналов. Эффект сжатия сигнала во времени. Отношение сигнал/помеха на выходе оптимального фильтра. Квазиоптимальные фильтры.

Раздел 6. Компенсация мешающих сигналов

Этапы междупериодной обработки. Структура устройства компенсации мешающих сигналов. Требования к амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ) устройств. Устройство череспериодного вычитания (ЧПВ). Эффективность компенсации мешающих сигналов.

Раздел 7. Когерентное и некогерентное

накопление сигнала

Структуры устройств накопления сигнала. Характеристики накопителей. Эффективность накопления. Способы технической реализации устройств накопления сигнала. Показатели качества обнаружения.

Раздел 8. Пространственная структура и обработка

сигналов

Пространственное описание сигналов. Пространственные частоты, спектры, интервал корреляции. Пространственные характеристики источников излучений и пассивных помех. Поляризационные характеристики сигналов и помех. Пространственная режекция помех. Способы реализации устройств пространственной режекции помех. Пространственное накопление сигналов. Поляризационная режекция помех.

Раздел 9. Постановка задачи распознавания-различения

и методика ее решения

Постановка задачи и решающее правило. Синтез структур устройств распознавания-различения. Показатели качества.

Раздел 10. Измерение параметров сигналов

Постановка задачи. Критерии качества оценок неслучайных параметров. Оценки максимального правдоподобия, их свойства и связь с байесовскими. Обобщенная структура измерителя. Измерение времени запаздывания, частоты, угловых координат. Дискриминаторы измерителей.

Автоматическая подстройка частоты. Основные характеристики и параметры систем автоматической подстройки частоты (АПЧ). Особенности построения непрерывной и импульсной частотных систем АПЧ. Система фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Разновидности систем АПЧ.

Раздел 11. Системотехника малопараметрических

электронных систем в медико-биологической

практике

Устройства сверхвысоких частот (СВЧ) и волоконно-оптической техники в медицине. Малопараметрические системы фокусировки СВЧ энергии и перспективы их применения.

Концептуально-технологические проблемы диагностики. Ультразвуковые комплексы на базе современных компьютерных технологий.

Раздел 12. Информационные характеристики систем

передачи сообщений

Количество информации. Информационные характеристики источника дискретных и непрерывных сообщений. Энтропия и ее свойства. Скорость передачи информации и пропускная способность канала. Кодирование дискретных и аналоговых сообщений. Методы передачи и приема сообщений.

Выбор и согласование параметров входных и интерполирующих фильтров в усилителях биосигналов. Нелинейная адаптивная фильтрация изображений.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Классификация обработки сигналов.

2.  Характеристики сигналов и помех.

3. Расчет энергетических характеристик сигналов и помех.

4. Расчет эффективности компенсации мешающих сигналов.

5. Расчет эффективности накопления сигналов.

6. Расчет и характеристики обнаружения.

7. Анализ дискриминаторов измерителей и их характеристики.

8. Расчет информационных характеристик систем передачи сообщений.

9. Краткий обзор пройденного материала. Основные проблемы и перспективы развития системотехники медицинских электронных систем.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.  Исследование системы извлечения информации.

2.  Исследование системы многоканальной передачи информации с временным разделением каналов.

3.  Исследование видов модуляции, применяемых в системотехнике передачи информации.

4.  Исследование замкнутой информационной телевизионной системы.

5.  Обсуждение и подведение итогов выполнения лабораторного практикума.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Охрименко извлечения, обработки и передачи информации. В 6 ч. – Мн.: МРТИ, 1994.

2.  , , Реброва и медицина // Изв. вузов СССР. – Радиоэлектроника. Т. ХХV. №9. 1982.

3.  Медицинская техника. - М.: Медицина, .

4.  Сиверс радиоприемных устройств.- М.: Радио и связь, 1976.

5. Чердынцев системы. – Мн.: Выш. шк., 1988.

6. Радиотехника и электроника: Межведом. темат. науч. сб. Вып. 22. Мн.: БГУИР, 1994.

7.  Волоконно-оптические датчики: Пер. с яп. - Л.: Энергоатомиздат, 1991.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. , Кузенков системы. – М.: Радио и связь, 1985.

2. Радиотехнические системы / Под ред. . – М.: Высш. шк., 1990.

3. Медицинские информационные системы: Сб. Вып. 1 (УШ). - Таганрог, 1988.

4. Глазырина разная медицина. Вып. 1 // Знание, 1992.

5. Блинов техника и ЭВМ в медицинской интроскопии. - М.: Знание, 1986.

6. Вопросы медицинской электроники: Межвуз. темат. науч. сб. Вып. 3,4,5. Таганрог, 1981,1982,1984.

7. Лущицкий активной шумовой помехи и мешающих излучений : Метод. пособие. – Мн.: БГУИР, 1998.

8. Лущицкий сложных сигналов в СВЧ-диапазоне и исследование их спектров: Метод. пособие. – Мн.: БГУИР, 2001.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-042/тип.

УПРАВЛЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности ІМедицинская электроника

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат физико-математических наук

Рецензенты:

, руководитель лаборатории физических методов лечения и курортологии Государственного учреждения «Научно-исследовательский институт неврологии, нейрохирургии и физиотерапии» Министерства здравоохранения Республики Беларусь, старший научный сотрудник, кандидат медицинских наук;

Кафедра автоматического управления Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей ІКонструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.104-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Управление в биологических и технических системах» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.104-98 для специальности ІМедицинская электроника высших учебных заведений. Целью дисциплины является изучение структуры и принципа действия биологических и технических систем регулирования. Полученные при изучении дисциплины знания необходимы для проектирования и разработки систем управления и контроля медицинскими приборами и оборудованием.

В результате освоения дисциплины «Управление в биологических и технических системах» студент должен:

знать:

—  принципы автоматического управления медицинским оборудованием и приборами для диагностики и лечения заболеваний при помощи искусственных органов;

—  методы расчета отдельных элементов систем автоматического регулирования и всей системы в целом;

—  методы управления физиологическими функциями организма и саморегуляции основных функций организма;

—  методы автоматического управления отдельными вегетативными функциями в организме человека;

уметь характеризовать:

—  структуру системы автоматического управления;

—  способ управления физиологическими функциями организма в зависимости от вида заболевания;

—  способы и виды получения устойчивых систем управления и методы повышения качества регулирования;

уметь анализировать:

—  исходную информацию для проектирования системы управления, контролирующего или диагностирующего прибора;

—  методы расчета отдельных элементов систем автоматического регулирования и всей системы в целом;

—  методы управления физиологическими функциями организма и саморегуляцию основных функций организма;

—  причины потери устойчивости управления или ухудшения качества;

приобрести навыки:

—  проектирования и расчета или выбора системы автоматического управления;

—  проектирования и расчета отдельных элементов систем управления;

—  выбора средств вычислительной техники и встраивания ее в систему автоматического управления.

Программа рассчитана на объем - 77 часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций — 43 часа, лабораторных работ — 17 часов, практических занятий — 17 часов.

ПРЕДМЕТ ДИСЦИПЛИНЫ И ЦЕЛЬ ЕГО ПРЕПОДАВАНИЯ

Предмет дисциплины — биологические системы управления, существующие в организме человека, биотехническое управление искусственными органами для лечения, профилактики и поддержания жизни и жизненного тонуса организма и технические системы управления, использующееся в различного типа медицинских приборах.

Целью преподавания дисциплины является изучение структуры и принципа действия биологических и технических систем регулирования.

ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины решает следующие основные задачи:

—  знакомит студентов с принципами автоматического управления медицинским оборудованием и приборами для диагностики и лечения заболеваний при помощи искусственных органов;

—  обеспечивает знаниями по методам расчета отдельных элементов систем автоматического регулирования и всей системы в целом;

—  дает основные сведения о методах управления физиологическими функциями организма и о саморегуляции основных функций организма;

—  знакомит студентов с методами автоматического управления отдельными вегетативными функциями в организме человека.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины «Управление в биологических и технических системах» основывается на знаниях и навыках, полученных при изучении медицинских и биологических дисциплин: «Медицинская и биологическая физика», «Основы анатомии и физиологии человека», и особенно при изучении общеинженерных дисциплин: «Биомедицинские сенсоры и преобразователи», «Микропроцессоры в средствах медицинской электроники».

Изучение дисциплины предусматривает систематическую самостоятельную работу студентов с медицинской, биологической и технической литературой, патентной информацией, последними достижениями науки и техники в периодических изданиях.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Живая система. Система человек-машина. Структуры и функциональные особенности организации биологических систем. Самоорганизация и ее структурные основания. Обратные связи в живых системах.

Раздел 1. УПРАВЛЕНИЕ В БИОКИБЕРНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КАК ЦЕЛЕСООБРАЗНОЕ САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ

Структура биосистемы. Принцип биологического эпиморфизма. Устойчивое термодинамическое неравновесие. Активность живых систем. Сущность проблемы автоматического управления.

Раздел 2. МЕХАНИЗМЫ ЭВОЛЮЦИИ И САМОРЕГУЛЯЦИИ ЖИЗНИ

Классификация механизмов саморегуляции. Биокибернетическое определение эволюции. Регулирование процесса онтогенеза. Проблема старения и смерти. Основные виды автоматического управления.

Раздел 3. САМОРЕГУЛЯЦИЯ ВЕГЕТАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА

Внутренняя среда организма — кибернетическая система. Особенности управления вегетативными функциями. Гормональная регуляция внутренней среды. Математическая модель САУ.

Раздел 4. СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ ВЕГЕТАТИВНЫМИ ФУНКЦИЯМИ

Уровни системы управления вегетативными функциями. Гомеостаз. Проблемы искусственного гомеостаза. Частотные характеристики САУ.

Раздел 5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КРОВООБРАЩЕНИЕМ

Обобщенная схема сердечно-сосудистой хемостаты. Региональные хемостаты. Водители сердечного ритма. Регуляция частоты сердечных сокращений. Кардиостимуляторы. Типовые динамические звенья САУ.

Раздел 6. ЛОКАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ

Регуляция артериального давления. Кардиостимуляторы. Управление выведением из терминальных состояний. Дефибляторы. Аппараты для измерения артериального давления. Структурные схемы САУ.

Раздел 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Управление аппаратами вспомогательного кровообращения. Управление системой гемодинамики. Управление искусственным кровообращением. Устойчивость линейных САУ.

Раздел 8. РЕГУЛЯЦИЯ В СИСТЕМЕ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

Дыхательные хемостаты. Модели дыхательного хемостата. Нервная регуляция дыхательных движений. Управление аппаратом для искусственной вентиляции легких. Математические модели регуляции движения. Проблема управления искусственным дыханием. Показатели качества САУ.

Раздел 9. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Баланс тепла в организме. Общая структурная схема терморегуляции. Зоны теплового баланса и математические модели их взаимодействия. Управление тепловым обменом. Биотермия. Тело как объект управления и исполнительные устройства. Регулятор и блок сравнения. ПИД-регулирование.

Раздел 10. РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЯ

Регуляция двигательных функций в мире живых существ. Регуляция амебоидной и мерцательной модели движения. Мышечные движения. Биоэнергетика мышечного сокращения. Некоторые общие принципы локомоций. Частотные методы оценки качества регулирования.

Раздел 11. СИСТЕМА РЕГУЛЯЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫМИ АКТАМИ

Основные механизмы управления движением. Уровни управления движением. Произвольные движения и их автоматизация. Регуляция позы человека. Структура двигательной регуляции при прослеживании сигналов. Система искусственного управлением движением. Пропорциональное, пропорционально-интегральное регулирование.

Раздел 12. БИОПОТЕНЦИАЛ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ В УПРАВЛЕНИИ

Протезостроение и робототехника. Бионические принципы управления и модели кисти. Бионический анализ, принципы и модели управления кистью и свободной верхней конечностью. Микропроцессоры в управлении.

Раздел 13. БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ

Пояс верхних конечностей человека. Пояс нижних конечностей. Позвоночник. Комплексная двигательная структура. Программная реализация САУ.

Раздел 14. ГУМОРАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Эволюция гуморального управления и его отношение к нервному управлению. Эндокринные регуляторы и виды регулирования. Способы действия эндокринных регуляторов. Программная реализация САУ.

Раздел 15. КОНТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ

Многоконтурное управление на примере гомеостаза. Соотношение нервных и гуморальных контуров управления. Эндокринное регулирование развития и деятельности нервной системы. Управление ростом и некоторые нарушения гуморальной регуляции.

Раздел 16. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВОСПРИЯТИЕМ

ЗРИТЕЛЬНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Система регуляции величины зрачка. Глазодвигательная система в целом. Следящая система скелетных мышц. Полукружный канал. Характеристики рецепторов. Распознавание объектов. Техника интерпретации. Интерпретация двухмерных, трехмерных сцен. Стереоскопическое зрение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы развития управления биологическими и техническими системами.

Примерный перечень лабораторных занятий

1.  Типовые звенья САУ.

2.  Исследование микропроцессорных систем для осциллографа С9-28.

3.  Исследование микропроцессорных систем для вольтметра В7-46.

4.  Исследование характеристик типовых звеньев на ЭВМ.

Примерный перечень практических занятий

1.  Передаточные характеристики линейных непрерывных САУ, их получение.

2.  Типовые динамические звенья, их частотные характеристики, расчет и построение.

3.  Структурные схемы САУ, соединение звеньев, перестройка структурных схем и получение передаточных функций замкнутых и разомкнутых систем.

4.  Критерии устойчивости САУ. Определение устойчивости САУ. Расчет запасов устойчивости.

5.  Качественные показатели САУ. Метод трапеций. Построение вещественной частотной характеристики.