Електротехніка, електроніка, мікропроцесорна техніка 1

Мета викладання дисципліни: оволодіння студентами компетенціями, які відносяться до професійних і пов’язані з основами електрозабезпечення, електроніки та мікропроцесорної техніки, оволодіння методами вимірювання електричних та неелектричних величин, засвоєння основних понять та законів, пов’язаних з практичним використанням електричних та магнітних явищ, умовних графічних та літерних позначень елементів в електричних колах, вивчення будови та принципу, електровимірювальних та електронних приладів, оволодіння методами аналізу електричних кіл однофазного та трифазного змінного струму та основами розрахунку медичних електронних приладів. Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Електрична енергія, її властивості та використання. Електричне поле та його основні характеристики: напруженість, потенціал, напруга».
Лекція 2. «Елементна база електронної та мікропроцесорної техніки».

Практичні заняття
Практичне заняття №1 «Розрахунок простих кіл постійного струму. Еквівалентні схеми біотканин»

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Дослідження вольт-амперних характеристик компонентів електричних кіл».
Мета заняття: дослідження вольт-амперних характеристик джерел напруги, струму, а також пасивних компонентів електричних кіл.
Лабораторне заняття №2. «Дослідження однофазних випрямлячів».
Мета заняття: ознайомлення з принципом дії та експериментальне дослідження одно- та двонапівперіодних випрямлячів однофазного синусоїдного струму та згладжувальних фільтрів. Індивідуальна робота
Контрольна робота
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 25 теоретичних питань у вигляді тесту, якій оцінюється максимально у 100 балів. Контрольна робота зарахована, якщо здобувач набрав не менше 60 балів.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії. Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1) 15-ти практичних робіт. Бездоганне виконання практичної роботи оцінюється у 2 бали, разом 30 балів;
2) 7-ми лабораторних робіт, лабораторна робота №1 оцінюється у 2 бали, всі інші лабораторні роботи №2-№7 оцінюються по 3 балів, разом – 20 балів;
3) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 25 балів. Разом – 50 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів. Для заочної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1) бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється у 100 балів;
2) 2-х лабораторних робіт. Бездоганне виконання кожної лабораторної роботи №1-№2 оцінюється по 30 балів. Разом – 60 балів;
3) виконання завдання за темою практичного заняття №1 – 40 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний або тестовий на комп’ютері. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів. Для допуску до екзамену треба отримати не менш них 60 балів.
Форма підсумкового контролю – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.

Практичне значення та використання отриманих знань: підвищити загальноосвітній рівень студентів та їх практичну підготовку щодо побудови та експлуатації медичних приладів з урахуванням набутого досвіду їх експлуатації та особливостей їх експлуатації. Розглядається елементна база, необхідна для реалізації конкретних пристроїв та засобів. Це дозволяє отримувати інформацію щодо стану пацієнта з можливістю її передавання з використанням телемедичних технологій. У навчальній дисципліні об’єднані відомості про основні властивості типових електричних кіл; засвоєння студентами понять та законів електротехніки та електроніки; розуміння сутності процесів, що відбуваються в різноманітних електричних колах та пристроях медичної техніки.
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Електрична енергія, її властивості та використання. Електричне поле та його основні характеристики: напруженість, потенціал, напруга».
Лекція 2. «Електричний струм, різновиди електричного струму».
Лекція 3. «Основні поняття та елементи електричних кіл. Закони Ома та Кірхгофа.»
Лекція 4. «Методи розрахунку складних кіл»
Лекція 5. «Енергія та потужність електричного струму».
Лекція 6. «Електромагнетизм. Магнітні поля. Магнітні кола постійного струму».
Лекція 7. «Кола змінного струму та гармонічні сигнали. Електричні кола однофазного синусоїдного струму».
Лекція 8. «Коливальні контури та RLC-кола».
Лекція 9. «Частотні характеристики кіл».
Лекція 10. «Трифазні електричні кола».
Лекція 11. «Спектральний аналіз періодичних сигналів».
Лекція 12. «Модуляція сигналів».
Лекція 13. «Чотириполюсники та перехідні процеси».
Лекція 14. «Електронно-вимірювальні прилади та електричні вимірювання».
Лекція 15. «Трансформатори. Основи електропостачання».
Лекція 16. «Електричні апарати».
Лекція 17. «Основи електроприводу».
Лекція 18. «Електричні машини постійного струму. Електричні машини змінного струму».
Лекція 19. «Передача та розподіл електричної енергії».
Лекція 20. «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки».
Лекція 21. «Елементна база електронної та мікропроцесорної техніки».
Лекція 22. «Електронні випрямлячі та підсилювачі».

Практичні заняття

Практичне заняття №1 «Розрахунок простих кіл постійного струму. Еквівалентні схеми біотканин»
Мета заняття: закріпити навички використання законів Ома та Кірхгофа; навчитися складати найпростіші еквівалентні електричні схеми заміщення біологічних тканин (послідовне та паралельне з’єднання резисторів) та розраховувати струми, що протікають через тіло людини.
Практичне заняття №2 «Методи контурних струмів та вузлових потенціалів у вимірювальних мостах».
Мета заняття: опанувати методи розрахунку складних кіл; проаналізувати роботу моста Вітстона (Уітстона), який використовується в медичних тензометричних датчиках (вимірювання тиску, сили) та терморезисторах, розрахувати умову балансу моста.
Практичне заняття №3 «Метод еквівалентного генератора (Теореми Тевенена і Нортона)».
Мета заняття: навчитися спрощувати складні схеми до двополюсника. Зрозуміти поняття «вихідний опір джерела сигналу» (на прикладі біопотенціалів серця або мозку) та проблему узгодження з вхідним опором підсилювача біосигналів.
Практичне заняття №4 «Параметри синусоїдального сигналу. Комплексні числа в електротехніці».
Мета заняття: навчитися оперувати амплітудними, діючими та миттєвими значеннями напруги/струму. Представити імпеданс шкіри та м'яких тканин у комплексній формі (модель Фріке: резистор зашунтований ємністю).
Практичне заняття №5 «Розрахунок кіл змінного струму символічним методом».
Мета заняття: побудувати векторні діаграми струмів та напруги. Проаналізувати зсув фаз між струмом та напругою на біологічному об'єкті, що є основою методу реографії (дослідження кровопостачання органів).
Практичне заняття №6 «Резонанс напруги та струмів у коливальних контурах».
Мета заняття: дослідити частотні властивості послідовного та паралельного коливальних контурів. Розрахувати параметри контуру для бездротової передачі енергії в імплантовані медичні пристрої або для налаштування вхідних каскадів приймачів.
Практичне заняття №7 «Розрахунок потужності та коефіцієнта потужності (cos φ)».
Мета заняття: навчитися розраховувати активну, реактивну та повну потужність. Зрозуміти важливість компенсації реактивної потужності в лікарняних електромережах для забезпечення стабільної роботи важкого обладнання (МРТ, КТ).
Практичне заняття №8 «Перехідні процеси в RC-колах першого порядку (дефібриляція)».
Мета заняття: розрахувати процес заряду та розряду конденсатора. Визначити сталу часу та енергію імпульсу на прикладі схеми дефібрилятора: розрахунок необхідної ємності та напруги для подачі дозованого розряду на серце пацієнта.
Практичне заняття №9 «Перехідні процеси в RLC-колах другого порядку (формування імпульсів)».
Мета заняття: дослідити аперіодичний та коливальний режими розряду. Проаналізувати форму вихідного сигналу електрокардіостимулятора, щоб уникнути небажаних коливань, які можуть травмувати тканини.
Практичне заняття №10 «Операторний метод розрахунку перехідних процесів».
Мета заняття: опанувати використання перетворення Лапласа для аналізу складних сигналів. Розрахувати реакцію вимірювальної системи (наприклад, каналу ЕКГ) на стрибок напруги (калібрувальний сигнал 1 мВ).
Практичне заняття №11 «Чотириполюсники: системи параметрів та схеми заміщення».
Мета заняття: описати властивості біологічного об'єкта або фільтра як «чорної скриньки» за допомогою Z-, Y- або H-параметрів, розрахувати коефіцієнт передачі напруги подільника, що імітує електрод-шкіра-підсилювач.
Практичне заняття №12 «Спектральний аналіз періодичних сигналів (ряд Фур'є)».
Мета заняття: розкласти в ряд Фур'є сигнали прямокутної та трикутної форми (тестові сигнали медичної апаратури); побудувати амплітудний та фазовий спектри, оцінити ширину спектра сигналу.
Практичне заняття №13 «Спектральний аналіз неперіодичних сигналів (перетворення Фур'є)».
Мета заняття: зрозуміти принцип формування спектральної густини реальних біосигналів (ЕКГ, ЕЕГ); порівняти спектри корисного сигналу та типових завад (м'язовий тремор, мережева завада).
Практичне заняття №14 «Аналіз частотних характеристик пасивних фільтрів (ФНЧ, ФВЧ, смугові)».
Мета заняття: розрахувати частоту зрізу RC-ланок; спроєктувати найпростіший фільтр для: видалення постійної складової (дрейфу ізолінії) з сигналу ЕКГ (ФВЧ), Згладжування високочастотних шумів (ФНЧ).
Практичне заняття №15 «Дискретизація сигналів. Теорема Котельникова».
Мета заняття: визначити мінімальну частоту дискретизації для різних типів біосигналів (пульсова хвиля vs ЕМГ) без втрати інформації; дослідити ефект накладання спектрів (aliasing) при неправильному виборі частоти опитування АЦП.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Дослідження вольт-амперних характеристик компонентів електричних кіл».
Мета заняття: дослідження вольт-амперних характеристик джерел напруги, струму, а також пасивних компонентів електричних кіл.
Лабораторне заняття №2. «Дослідження електричних кіл змінного струму».
Мета заняття: вивчення особливостей електричних кіл з джерелами змінного струму.
Лабораторне заняття №3. «Дослідження електричних кіл змінного струму з послідовним і паралельним з’єднанням елементів».
Мета заняття: вивчення особливостей розрахунку електричних кіл з послідовним і паралельним з’єднанням елементів. Результатом засвоєння роботи повинно бути вміння будувати часові та векторні діаграми струмів і напруг в електричному колі з послідовним і паралельним з’єднанням пасивних і активних елементів.
Лабораторне заняття №4. «Дослідження силових трансформаторів в режимі навантаження».
Мета заняття: дослідити та вивчити будову трансформатора, зрозуміти його призначення та характеристики в режимі навантаження.
Лабораторне заняття №5. «Дослідження напівпровідників: випрямного діода, стабілітрона та диністора».
Мета заняття: дослідити будову та принципу дії напівпровідникових випрямного діода, опорного діода (стабілітрона) та діодного тиристора (диністора), а також експериментальне дослідження вольт-амперних характеристик (ВАХ) цих приладів.
Лабораторне заняття №6. «Дослідження однофазних випрямлячів».
Мета заняття: ознайомлення з принципом дії та експериментальне дослідження одно- та двонапівперіодних випрямлячів однофазного синусоїдного струму та згладжувальних фільтрів.
Лабораторне заняття №7. «Дослідження підсилювача низької частоти».
Мета заняття: ознайомлення з принципом підсилення електричних сигналів низької частоти та експериментальне дослідження підсилювача на біполярному транзисторі при його включенні за схемою зі спільним емітером, зняття амплітудної та амплітудно-частотної (АЧХ) характеристик цього підсилювача.