Количественным показателем надежности является также

Интенсивность отказов – отношение числа отказов в единицу времени dN/dt к общему числу N работающих изделий:

l = – . (3.3.31)

Знак «–» взят потому, что dN < 0, так как число работающих изделий убывает со временем.

В схемы медицинских электронных приборов и аппаратов входят усилители. Их применяют для усиления слабых биопотенциалов в системах, регистрирующих медико-биологическую информацию.

Усилитель электрических сигналов (электронный усилитель) – устройство, увеличивающее эти сигналы без изменения их формы.

Характеристики и параметры усилителя (по напряжению):

1) Входное сопротивление R_вх – сопротивление между его входными клеммами, которое можно найти с помощью закона Ома для однородного участка цепи (2.3.42):

R_вх = U_вх/I_вх. (3.3.32)

2) Коэффициент усиления усилителя равен отношению сигнала на выходе усилителя к значению сигнала на входе:

К = U_вых/U_вх. (3.3.33)

Если К имеет значения, не достаточные для получения на выходе сигнала нужного напряжения, то соединяют несколько усилителей. Каждый отдельный усилитель называется при этом усилительным каскадом. Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов равен произведению коэффициентов усиления усилителей всех используемых каскадов:

К_общ = К₁ К₂ К₃… (3.3.34)

Пример 32. Определить вероятность безотказной работы аппарата УВЧ-30, если известно, что через 1460 часов эксплуатации двадцати аппаратов в заданных условиях из строя вышли три аппарата. Найти интенсивность отказов аппарата УВЧ-30 в заданных условиях.

Дано: N₀ = 20,

N = 20 – 3 = 17.

Найти: Р, l.

Решение. Запишем формулу (3.3.30) и подставим в нее числовые данные:

Р = N/N₀ = 17/20 = 0,85.

Таким образом, вероятность безотказной работы аппарата УВЧ-30 составляет 0,85.

Интенсивность отказов аппарата УВЧ-30 найдем из формулы (3.3.31):

l = – = ( ) = 1,21×10^–4 час^–1.

Ответ: 0,85; 1,21×10^–4 час^–1.

Пример 33. На вход трехкаскадного усилителя подается напряжение 2 мВ. Напряжение на выходе равно 30 В. Определить напряжение на выходе первого каскада и его коэффициент усиления, если коэффициенты усиления второго и третьего каскадов равны соответственно 30 и 10.

Дано: U_вх = 2 мВ = 2×10^–3 В,

U_вых = 30 В,

К₂= 30,

К₃ = 10.

Найти: К₁, U_вых1.

Решение. Напряжение на выходе трехкаскадного усилителя, как следует из (3.3.33) и (3.3.34):

U_вых = К₁ К₂ К₃U_вх, откуда

К₁ = U_вых/(К₂К₃U_вх) = 30/(30×10×2×10^–3) = 50.

Напряжение на выходе первого каскада:

U_вых1 = К₁U_вх = 50×2×10^–3 = 0,1 В.

Ответ: 50; 0,1 В.

Пример 34.Определить коэффициент усиления трехкаскадного усилителя по мощности, если коэффициенты усиления первого и второго каскадов равны 40, напряжение на выходе второго каскада 2 В. Входное и выходное сопротивление усилителя соответственно равны 3 кОм и 30 Ом, а напряжение на выходе равно 10 В.

Дано: К₁ = К₂ = 40,

U_вых2 = 2 В,

U_вых = 10 В,

R_вх = 3 кОм = 3000 Ом,

R_вых = 30 Ом.

Найти: К_р (коэффициент усиления по мощности).

Решение. Мощность усилителя определяется формулой (2.3.45):

Р = I²R = UI = U²/R,

а коэффициент усиления трехкаскадного усилителя по мощности (по аналогии с (3.3.33)) как

К_р = Р_вых/Р_вх. (3.3.35)

Выразим входную и выходную мощности из (2.3.45) и подставим (3.3.35):

К_р = Р_вых/Р_вх = (U²_вых/R_вых) : (U²_вх/R_вх) = (10²/30) : (U²_вх/3000) = 10000/U²_вх.

Найдем входное напряжение:

U_вых2 = К₁К₂U_вх , откуда U_вх= U_вых2/(К₁К₂) = 1,25×10^–3 В.

Тогда коэффициент усиления по мощности трехкаскадного усилителя

К_р = 10000/U²_вх = 10000/(1,25×10^–3)² = 64×10⁸.

Ответ: 64×10⁸.

ВАРИАНТЫ ТЕСТОВ

Вариант 1

1.1.Выберите правильный ответ:

Величина силы кулоновского взаимодействия между двумя покоящимися точечными зарядами

1. Обратно пропорциональна произведению величин этих зарядов.

2. Обратно пропорциональна величине пробного заряда.

3. Прямо пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

4. Обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

1.2. Выберите правильный ответ:

Диэлектрики – это

1. Вещества, проводящие электрический ток.

2. Вещества, практически не проводящие электрический ток.

3. Вещества, имеющие заряды, способные перемещаться на значительные расстояния, создавая ток.

1.3. Выберите правильный ответ:

Магнитное поле создают

1. Неподвижные электрические заряды.

2. Магнитные заряды.

3. Движущиеся электрические заряды.

1.4. Выберите правильный ответ:

В чем суть диагностического метода реографии?

1. Изменение импеданса тканей, обусловленное количеством крови, протекающим через ткань или орган.

2. Регистрация ЭКГ в процессе сердечной деятельности.

3. Регистрация магнитного поля биотоков организма.

4. Измерение сопротивления тканей постоянному току.

1.5. Дополните:

Напряженность электрического поля покоящегося точечного заряда определяется по формуле………………(1)

1.6. Дополните:

Имеется плоский конденсатор с зарядом на обкладках 1 мкКл и емкостью 1 нФ. При этом напряжение, приложенное к конденсатору равно ……..(1), поскольку оно вычисляется по формуле …….(2).

1.7. Дополните:

Если свернуть проводник в замкнутый контур и начать изменять магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, то в этом замкнутом проводнике возникает…………(1) ток, само явление носит название ………………(2) и выражается формулой …….(3).

1.8. Дополните:

К катушке индуктивности приложено напряжение, меняющееся по закону U = U₀coswt, сила тока через катушку индуктивности выражается формулой I = ……….(1).

1.9.По проводу течет переменный электрический ток. Закон изменения заряда от времени имеет вид: q(t) = 2Аt⁵+Вt⁶. Найти закон изменения силы тока от времени и силу тока через 2 секунды после того, как по проводу начал течь ток. А = 1 Кл/с⁵, В = 1Кл/с⁶.

1.10. Определить коэффициент затухания и емкость колебательного контура аппарата УВЧ, если активное сопротивление R = 6,5×10³ Ом, индуктивность катушки L = 45мкГн, а частота n = 60 Гц.

1.11.Частица с зарядом q = 1 мкКл влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции, при этом В = 2 Тл. На частицу действует сила Лоренца F_л = 0,01 Н. Чему равен радиус окружности, по которой начнет двигаться частица? Масса частицы 10^{-10 кг.}

Вариант 2

2.1. Выберите правильный ответ:

Вектор напряженности электрического поля в данной точке – это

1. Сила, действующая на точечный заряд со стороны электростатического поля.

2. Сила, действующая на проводник с током в электрическом поле.

3. Сила со стороны электростатического поля, действующая на единичный положительный заряд.

4. Сила со стороны электростатического поля, действующая на единичный, положительный, неподвижный заряд.

2.2. Выберите правильный ответ:

Что такое вектор поляризованности диэлектрика?

1. Это явление поляризации диэлектрика во внешнем электрическом поле.

2. Это дипольный момент диэлектрика по внешнем электрическом поле.

3. Это дипольный момент одной молекулы диэлектрика.

4. Это дипольный момент единицы объема диэлектрика.

2.3. Выберите правильный ответ:

Какой ток используется в методе реографии?

1. Постоянный.

2. Низкочастотный (100 Гц).

3. Высокочастотный (30 кГц – 100 кГц).

4. Сверхвысокочастотный (свыше 100 кГц).

2.4. Выберите правильные ответ:

Магнитные силы действуют только на

1. Неподвижные электрические заряды.

2. Движущиеся магниты.

3. Движущиеся электрические заряды.

4. Нейтральные молекулы или атомы.

2.5. Дополните:

Величина силы Кулона (сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов), находящихся в вакууме на расстоянии r друг от друга, определяется выражением …….(1).

2.6. Дополните:

Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S =1 м², расстояние между ними d = 1 мм, емкость C конденсатора равна ……..(1), поскольку вычисляется по формуле……….(2).

2.7. Дополните:

На элемент проводника с током I, помещенный во внешнее магнитное поле с индукцией В, действует ……...(1), определяемая выражением dF_A = ……….(2).

2.8.Дополните:

К резистору приложено напряжение, меняющееся по закону U = U₀coswt, сила тока через резистор выражается формулой I = ……….(1).

2.9. Имеется однородный проводник, удельное сопротивление которого составляет 10^-7 Ом×м, а площадь поперечного сечения S =1 мм². Чему равна длина проводника, если по нему течет ток I = 1 А, а напряжение, приложенное к его концам составляет U = 5 В?

2.10. Бесконечный проводник образует виток в форме кольца, как показано на рис. По проводнику течет ток I = 1 А. Определить величину индукции магнитного поля В в центре кольца, радиус которого равен R = 1 м.

2.11. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 48 пФ и катушки индуктивности с индуктивностью 90 мкГн. Определить частоту собственных колебаний в этом контуре.

Вариант 3

3.1. Выберите правильный ответ:

Возникновение потенциала действия связано с изменением проницаемости мембраны для ионов

1. К⁺ 3. Cl^–

2. Na⁺ 4. Ca⁺⁺

3.2. Выберите правильный ответ:

В чем суть метода лекарственного электрофореза?

1. Введение лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки с помощью постоянного тока.

2. Пропускание постоянного тока через ткани.

3. Использование лекарственных препаратов.

4. Использование переменного тока для лечения.

3.3. Выберите правильный ответ:

Какое основное действие оказывают на организм токи высокой частоты?

1. Раздражающее.

2. Стимулирующее.

3. Тепловое.

3.4. Выберите правильный ответ:

В чем суть метода микроволновой терапии?

1. Прогревание тканей с помощью высокочастотного магнитного поля.

2. Прогревание тканей с помощью высокочастотного электрического поля.

3. Прогревание тканей с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона.

4. Прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.

3.5. Дополните:

На электрический диполь во внешнем электрическом поле действует ……(1) …..(2), равный М = ……..(3) (формула).

3.6. Дополните:

Потенциал, создаваемый неподвижным электрическим зарядом, определяется по формуле j = ……..(1).

3.7. Дополните:

Объемная плотность энергии электрического поля (w_ЭЛ) зависит от напряженности электрического поля (Е) и выражается формулой w_ЭЛ = ……..(1).

3.8. Дополните:

Магнитные силы действуют только на ………(1) ……..(2) или на …….(3). Магнитное поле создают движущиеся ……..(4) или ….……(5).

3.9. Два заряда q₁ = 2 нКл и q₂ = 3 нКл находятся на одной прямой на расстоянии r = 1 м друг от друга (заряд q₁находится слева, заряд q₂– справа). Найти модуль напряженности электрического поля данной системы зарядов в точке, расположенной на одинаковом расстоянии от обоих зарядов (посередине между зарядами).

3.10. Заряженная частица движется в магнитном поле по окружность с постоянной скоростью V = 500 м/с, на нее действует сила Лоренца F_л = 0,02 Н, масса частицы m = 10^–10 кг. Чему равен период вращения частицы по окружности?

3.11. Определить период колебаний в контуре, если его индуктивность составляет L = 3×10^–5 Гн, площадь электродов S = 100 см², расстояние между ними d = 8 мм, а диэлектрическая проницаемость ткани e = 6.

Вариант 4

4.1. Выберите правильный ответ:

Работа силы Кулона при перемещении заряда в электростатическом поле

1. Равна произведению модуля силы на плечо.

2. Не зависит от формы и длины пути.

3. Зависит от того, по какой траектории перемещают заряд.

4. Равна отношению потенциальной энергии к величине пробного заряда.

4.2. Выберите верную формулу:

1. . 3. F_л = qVEsina.

2. U = I/R. 4. F_л = qVHsina.

4.3. Выберите правильный ответ:

Линии индукции магнитного поля – это линии,

1. Касательные к вектору силы, действующей на электрический заряд в магнитном поле.

2. Касательные к вектору скорости заряда.

3. Касательные к вектору магнитной индукции.

4. Перпендикулярные к вектору магнитной индукции.

4.4. Выберите правильный ответ:

Какой частоты токи используются для местной дарсонвализации?

1. 100 – 400 Гц. 3. 30 – 300 МГц.

2. Более 500 МГц. 4. Более 300 МГц.

4.5. Дополните:

Вектор напряженности электрического поля – это векторная величина, равная…..(1), с которой поле действует на …………..(2), поскольку Е = …….. (3) (формула).

4.6. Дополните:

На диполь в неоднородном осесимметричном электрическом поле действует сила, зависящая от: F = ……..(1) (формула).

4.7. Дополните:

Прямая задача электрографии заключается в выяснении ……..(1) ……..(2) электрограмм.

4.8. Дополните:

Угол сдвига фаз между током и напряжением для случая прохождения переменного тока через последовательно соединенные резистор, конденсатор и катушку индуктивности выражается формулой tgj = ……..(1).

4.9. Два заряда q₁ = 2 нКл и q₂ = – 3 нКл находятся на одной прямой на расстоянии r = 1 м друг от друга (заряд q₁находится слева, заряд q₂– справа). Найти модуль напряженности электрического поля данной системы зарядов в точке, расположенной на одинаковом расстоянии от обоих зарядов (посередине между зарядами).

4.10. Частица с зарядом q = 1 мкКл и массой m = 10^–10 кг движется в магнитном по окружности радиуса R = 1 м со скоростью V = 10 км/с. Чему равна магнитная индукция такого поля?

4.11. Колебательный контур аппарата для терапевтической диатермии состоит из катушки индуктивности и конденсатора емкостью 300 пФ. Определить индуктивность катушки, если частота колебаний в контуре составляет 1 МГц.

Вариант 5

5.1. Выберите правильный ответ:

Потенциал – это величина,

1. Численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда в данной точке поля.

2. Прямо пропорциональная квадрату расстояния между зарядом q и пробным зарядом.

3. Обратно пропорциональная величине заряда q.

4. Для которой несправедлив принцип суперпозиции.

5.2. Выберите правильный ответ:

Электродвижущая сила – это

1. Работа кулоновских сил по перемещению точечного заряда в электрической цепи.

2. Работа сторонних сил по перемещению точечного заряда.

3. Работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи.

4. Работа сторонних сил по перемещению единичного отрицательного заряда на данном участке цепи.

5.3.Выберите правильный ответ:

Линии индукции магнитного поля

1. Являются замкнутыми.

2. Начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных зарядах.

3. Можно назвать силовыми.

4. Параллельны магнитной силе в каждой точке.

5.4. Выберите правильный ответ:

В чем суть метода диатермии?

1. Прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.

2. Воздействие высокочастотного электрического разряда, возникающего между кожей пациента и электродом.

5.5. Дополните: А В О

Имеется система двух положительных зарядов. Первый заряд находится в точке А и создает в точке наблюдения О напряженность Е₁ = 3 В/м, второй – напряженность Е₂ = 2 В/м. Результирующая напряженность системы зарядов в точке наблюдения О равна …….(1), что следует из принципа суперпозиции Е_рез = ………..(2) (формула).

5.6. Дополните: Емкость плоского конденсатора С = 1 мкФ, напряжение между его обкладками U = 1 В. Энергия поля внутри конденсатора равна …..(1), так как она вычисляется по формуле W = …….(2).

5.7. Дополните: Импеданс цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки индуктивность выражается формулой Z = …….(1).

5.8. Дополните: Магнитный момент единицы объема вещества называется ……….(1) и определяется выражением J = ………(2).

5.9. Чему равно количество теплоты, выделившейся за 2 с в проводнике, по которому течет ток I = 1 А, а к концам его приложено напряжение U = 5 В?

5.10. На вход трехкаскадного усилителя подается напряжение 2 мВ. Напряжение на выходе равно 25 В. Определить напряжение на выходе первого каскада и его коэффициент усиления, если коэффициенты усиления второго и третьего каскадов равны соответственно 25 и 20.

5.11. Определите активное сопротивление катушки индуктивности электромагнитного реле в схеме рентгеновского аппарата, если индуктивность составляет 150 Гн, ток I = 2,5 мА, напряжение U =120 В, частота n = 50 Гц.

ОТВЕТЫ К ТЕСТАМ

Вариант 1 01 – 4 02 – 2 03 – 3 04 – 1 05 – (1)Е = kq/r2 06 – (1)1000 В; (2)U = q/C 07 – (1) индукционный; (2) электромагнитной индукции; (3)ЕИ = –dФ/dt 08 – (1) I = I0cos(wt – p/2) 09 – I(t) = 10Аt4 + 6Вt5; I(2) = 352 А 10 – 72×106 с-1; 4,2 пФ 11 – 0,25 м	Вариант 4 01 – 2 02 – 1 03 – 3 04 – 1 05 – (1)силе; (2)единичный пробный заряд; (3)Е = F/q0 06 – (1)F = p(dE/dx) 07 –(1)механизма; (2)возникновения 08 – (1)tgj = (XL – XC)/R 09 – 180 В/м 10 – 1 Тл 11 – 3,3 мГн
Вариант 2 01 – 3 02 – 4 03 – 3 04 – 2,3,4 05 – (1)F = kq1q2/r2 06 – (1)8,85×10-9 Ф; (2) C = ee0S/d 07 – (1)сила Ампера с величиной; (2)dFA = IBdlsina 08 – (1)I = I0coswt 09 – 50 м 10 – 8,28×10-7Тл 11 – 15,2 ×106 с–1	Вариант 5 01 – 1 02 – 3 03 – 1 04 – 1 05 – (1)5 В/м; (2)Ерез=SЕi 06 – (1)5×10-7 Дж; (2)W = CU2/2 07 – (1)Z = (R2+ (wL – 1/wC)2)1/2 08 – (1) вектором намагниченности; (2) J = lim (Spm/DV), DV®0 09 – 10 Дж 10 – 25; 0,05 В 11 – 9,3 кОм
Вариант 3 01 – 2 02 – 1 03 – 3 04 – 3 05–(1)момент; (2)силы;(3)М =ре´Евн 06 – (1)j = kq/r 07 – (1)wэл = ee0E2/2	08–(1)движущиеся; (2) электрические заряды; (3)магниты; (4)электрические заряды; (5)токи, переменное вихревое электрическое поле 09 – 36 В/м 10 – 1,57×10-5 с 11 – 2,8×10-7 с

ОПТИКА

Для успешного тестирования разделу «Оптика» необходимо знать следующие законы, определения и формулы:

1. Интерференция света. Когерентные источники света и волны. Способы излучения когерентных волн: метод Юнга, зеркало Ллойда. Условия для наибольшего усиления (максимум) и ослабления (минимум) волн.

2. Интерференция света в тонких пластинках (пленках). Просветление оптики. Интерферометры и интерференционный микроскоп, их использование в медицине.

3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля на щели в параллельных лучах. Дифракционная картина.

4. Дифракционная решетка. Условие для главных максимумов (основная формула дифракционной решетки).

5. Физические основы рентгеноструктурного анализа, формула Вульфа-Бреггов. Применение рентгеноструктурного анализа для расшифровки структуры биологически важных молекул.

6. Поляризация света. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Способы получения поляризованного света: отражение на границе двух диэлектриков (закон Брюстера) и призма Николя.

7. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. Применение поляризованного света для решения медико-биологических задач: поляриметрия, поляризационная микроскопия, свойство фотоупругости.

8. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Законы преломления света. Полное внутреннее отражение света. Волоконная оптика и ее использование в медицине. Линза. Формула тонкой линзы. Аберрации линз: сферическая, хроматическая, астигматизм, кома.

9. Оптическая система глаза: светопроводящий и световоспринимающий аппарат. Главная оптическая и зрительная оси глаза. Единая узловая точка. Аккомодация. Расстояние наилучшего зрения. Ближняя точка глаза. Разрешающая способность глаза. Недостатки оптической системы глаза и способы их компенсации.

10. Оптическая микроскопия. Лупа, ход лучей в лупе, ее увеличение. Ход лучей в микроскопе, формула для увеличения.

11. Предел разрешения и полезное увеличение микроскопа. Специальные приемы микроскопии: ультрафиолетовый микроскоп, иммерсионные среды, ультрамикроскопия, микропроекция и микрофотография.