17PBBESL - Elektronické součástky a senzory v lékařství

Předmět poskytuje informace o základních elektronických součástkách a senzorech, jejich principech činnosti, základních zapojeních a aplikacích v biomedicínckém oboru. Důraz je kladen především na základní principy a aplikace. Seznámeni se základními pasivními součástkami (odpor, cívka, kondenzátor), jejich konstrukcí, realizací a náhradími modely. Základní jevy v polovodiči a princip činnosti přechodu PN. Základní struktury polovodičových diod a jejich aplikace (usměrňovače, stabilizátory apod.). Princip činnosti a aplikace bipolárního a unipolárního tranzistoru (zesilovací stupně a spínače, teplotní charakteristiky, kompenzace) Vícevrstvé spínací součástky pro výkonové aplikace. Integrované obvody a technologie, vakuové součástky. Základní principy činnosti senzorů neelektrických veličin včetně zapojení vyhodnocovacích obvodů. Zejména senzory mechanických jevů (polohy, síly, tlaku, mechanického napětí, prodloužení, torze, vibrací, akcelerace, průtoku a pod.), magnetického pole (magnetorezistor, Hallova sonda, feromagnetický senzor), teploty (PN přechod, odpor, termoelektrické články, bolometry), chemických veličin, optických spekter a biosenzory. Mikrosenzory a mikroaktuátory s využitím pro biomedicíncké aplikace.

Podmínky zápočtu: Pro získání zápočtu je dovolená jedna absence, další absence jsou omluveny pouze potvrzením od doktora a student si musí měření nahradit. Student musí být na cvičení řádně připraven, což zahrnuje písemnou přípravu včetně tabulek v pracovním deníku. Výstupem z každého měření jsou zpracované hodnoty, které musí být okomentovány a diskutovány. Tyto výsledky musí být vyučujícímu prezentovány na konci hodiny. Student je povinen odevzdat jeden excelentní vypracovaný protokol dle nového vzoru.

Požadavky ke zkoušce: Zkouška bude probíhat formou testu, z látky která byla probrána na přednáškách a cvičeních. Test bude písemný a bude obsahovat otázky s nabízenými odpověďmi, z nichž pouze jedna je vždy správná.

1.Pasivní elektronické součástky (odpor, cívka, kondenzátor), náhradní model reálné součástky s parazitními vlastnostmi, způsoby výroby, toleranční řady.

2.Vlastnosti polovodičů. Energetické pásové diagramy, vedení proudu. Přechod PN, Shockleyho rovnice. Přechod kov-polovodič.

3.Polovodičové diody, PIN diody, lavinový a Zenerův jev, teplotní charakteristiky a typy průrazu. Schottkyho dioda a tunelová dioda.

4.Bipolární tranzistory - tranzistorový jev. Charakteristiky, režimy modely a aplikace bipolárních tranzistorů. Vliv teploty, stabilizace pracovního bodu, mezní kmitočty. Zapojení zesilovačů se společnou bází, emitorem a kolektorem.

5.Tranzistory JFET a MESFET. Princip funkce, režimy provozu, vlastnosti a modely. Struktura MIS a tranzistory MOS, typy, vlastnosti, náhradní lineární modely.

6.Vícevrstvé spínací součástky (diak, triak, tyristor). Součástky pro výkonové aplikace, principy chlazení a konstrukční realizace.

7.Stavební prvky integrovaných obvodů, operační zesilovače, ochranné obvody. Technologie DTL a TTL, STTL, CMOS, BiCMOS, BCD. Sekvenční a kombinační logika.

8.Optoelektronické součástky. Fotodetektory, LED a injekční laserové diody, vakuové součástky (elektronky, fotonásobiče, zobrazovací prvky)

9.Senzory jako elektronické součástky pro zpracování neelektrických signálů - použití, základní typy. Základní vlastnosti senzorů a jejich ekvivalence s vlastnostmi elektronických součástek z hlediska zařazení do elektronických obvodů a aplikace.

10.Senzory pro měření polohy, taktilní senzory využitelné v medicíně, senzory pro měření síly, tlaku, mechanického prodloužení, vibrací a torze, akcelerometry, senzory pro měření průtoku a hladiny - principy činnosti a jejich základní aplikace v medicíně

11.Senzory pro měření vlhkosti, senzory pro měření magnetických veličin - magnetorezistor, Hallův a feromagnetický senzor, jejich aplikace při konstrukci medicínských přístrojů, měření teploty s využitím senzorů kontaktních, odporových, kovových a polovodičových, kovových termoelektrických článků, metody měření.

12.Senzory a mikrosenzory pro monitorování teploty a chemických látek, senzory pro měření záření a jejich aplikace, bezkontaktní měření teploty a biosenzory

13.Principy činnosti a využití optických vláknových senzorů pro měření základních fyzikálních veličin a spektrofotometrie.

14. Inteligentní senzory a zpracování senzorových signálů, mikroaktuátory - principy a aplikace v lidských orgánech (kardiostimulátory, neuroprotézy, apod.)

1. Úvod, bezpečnost práce, měřicí přístroje, zapojení symetrického zdroje.

2. Bipolární tranzistory

3. Unipolární tranzistory

4. Základní funkce infračervených senzorů.

5. Využití akcelerometrů pro měření náklonu a vibrací.

6. Měření základních fyziologických vlastností lidského zraku a sluchu.

7. Fotometrie - měření úrovně osvětlení.

8. Senzory pro měření polohy - LVDT, základní principy měření rychlosti proudění tekutin.

9. Tyristory

10. Měření síly pomocí tenzometrických snímačů.

11. Měření polohy a rychlosti otáčení pomocí Hallovy sondy.

12. Ultrazvukové senzory pro echolokaci.

13. Senzory pro měření krevního tlaku.

14. Kontrola skript, náhraní měření, udělení zápočtů.

Seznámení se základním typy a funkcemi elektronických součástek a senzorů používaných v medicínské diagnostice a přístrojové technice.

[1] Husák, M.: Mikrosenzory a mikroaktuátory, ACADEMIA, 2008 - stěžejní studijní opora k přednáškám

[2] Husák, M.: Senzorové systémy, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1993

[3] Vobecký, J., Záhlava, V.: Elektronika, součástky a obvody, principy a příklady, druhé, rozšířené vydání, Grada Publishing s.r.o., Praha 2001, ISBN 80-7169-884-9

[4] Vaníček, F.: Elektronické součástky Principy, vlastnosti, modely, Vydavatelství ČVUT, Praha 1999, ISBN 80-01-01897-0

[5] P. Ripka, M. Kreidl, S. Ďaďo: Senzory a převodníky, Vydavatelství ČVUT, Praha 2005

Studijní literatura cvičení:

[6] Foit,J., Záhlava,V., Vobecký,J.: Electronics - laboratory measurements, CTU in Prague, 2007

[7] Husák, M., Ripka, P., a další autoři: Senzory v lékařství, Návody k laboratorním cvičením, Vydavatelství ČVUT, Praha 2007 - stěžejní studijní opora, která je vhodná jak pro samostudium, tak i pro přípravu na cvičení i ke SZZ

[8] Vaníček, F.: Elektronické součástky - příklady, Vydavatelství ČVUT, Praha 2004, ISBN 80-01-02401-6

[9] Platil, P. Ripka: Senzory - laboratorní cvičení, Vydav. ČVUT, Praha 2004

[10] Fojt, J., Vobecký, J., Záhlava V.,: Elektronika, laboratorní cvičení. Vydavatelství ČVUT, Praha 2005

Studijní literatura pro bližší seznámení se s oborem:

[11] Dostál, J.: Operační zesilovače, BEN Technická literatura, Praha 2005, ISBN 80-7300-049-0

[12] Maťátko, J.: Elektronika, 5. vydání. Idea servis, Praha 2002

[13] Doleček, J.: Základy elektroniky. 1. díl. (a další díly), BEN - technická literatura, Praha 2005

[14] Láníček, R.: Elektronika - obvody, součástky, děje, 1. vydání, BEN - technická literatura, Praha 1998.

• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik - prezenční (povinný předmět)
• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik (povinný předmět)
• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik (povinný předmět)