Електротехніка, електроніка, мікропроцесорна техніка 2

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..

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. Елементна база сучасної електроніки.
Лекція 2. Підсилювальні каскади на транзисторах.
Лекція 3. Операційні підсилювачі (ОП). Базові схеми.
Лекція 4. Інструментальні (вимірювальні) підсилювачі.
Лекція 5. Активні фільтри.
Лекція 6. Нелінійні аналогові схеми.
Лекція 7. Гальванічна розв'язка та бар'єри безпеки.
Лекція 8. Основи цифрової логіки.
Лекція 9. Комбінаційні цифрові пристрої.
Лекція 10. Послідовнісні цифрові пристрої.
Лекція 11. Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП).
Лекція 12. Архітектури АЦП та ЦАП.
Лекція 13. Мікроконтролерні інтерфейси та периферія.
Лекція 14. Джерела живлення медичної апаратури.
Лекція 15. Захист від завад та електромагнітна сумісність (ЕМС).

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Дослідження схем захисту вхідних кіл біомедичних підсилювачів».
Мета заняття: дослідити роботу діодних обмежувачів амплітуди. Змоделювати ситуацію потрапляння високовольтного імпульсу (наприклад, від дефібрилятора) на вхід кардіографа та перевірити ефективність захисту чутливих елементів схеми.
Лабораторне заняття №2. «Дослідження базових підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах».
Мета заняття: розрахувати та дослідити каскад зі спільним емітером. Вивчити вплив режиму спокою (робочої точки) на лінійність підсилення, що є критичним для неспотвореної передачі форми ЕКГ-сигналу.
Лабораторне заняття №3. «Дослідження операційних підсилювачів (ОП) в лінійному режимі».
Мета заняття: зібрати схеми інвертуючого та неінвертуючого підсилювачів, повторювача напруги; дослідити вхідний опір схем, що важливо для узгодження з високоомними біомедичними електродами.
Лабораторне заняття №4. «Інструментальний підсилювач для реєстрації біопотенціалів».
Мета заняття: дослідити схему вимірювального підсилювача на трьох ОП. Виміряти коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу (КОСС/CMRR), імітуючи придушення наведень від електромережі на тілі пацієнта.
Лабораторне заняття №5. «Активні фільтри частот (ФНЧ та ФВЧ) у біомедичних каналах».
Мета заняття: розрахувати та налаштувати активні фільтри 2-го порядку (наприклад, Баттерворта). Завдання: сформувати смугу пропускання для каналу ЕКГ (0.05 Гц – 100 Гц), відфільтрувавши дрейф ізолінії та м'язові шуми.
Лабораторне заняття №6. «Режекторні фільтри (Notch filters)».
Мета заняття: спроєктувати вузькосмуговий загороджувальний фільтр (подвійний Т-подібний міст або на ОП) на частоту 50 Гц; перевірити глибину придушення мережевої завади без спотворення корисного спектра біосигналу.
Лабораторне заняття №7. «Прецизійні випрямлячі та детектори рівня».
Мета заняття: дослідити роботу схеми "ідеального діода" на ОП. Використати схему для виділення огинаючої електроміограми (ЕМГ) або для амплітудного детектування слабких сигналів, менших за 0,7 В.
Лабораторне заняття №8. «Компаратори та тригери Шмітта».
Мета заняття: дослідити роботу компаратора з гістерезисом. Реалізувати пороговий детектор R-зубця кардіосигналу, який стійко працює в умовах шумів (не дає хибних спрацювань).
Лабораторне заняття №9. «Генератори сигналів спеціальної форми».
Мета заняття: побудувати генератор прямокутних та трикутних імпульсів (наприклад, на базі таймера 555 або ОП). Налаштувати параметри генерації для імітації стимулюючих імпульсів (електростимуляція м'язів).
Лабораторне заняття №10. «Логічні елементи та комбінаційні схеми».
Мета заняття: реалізувати систему логічного контролю безпеки (наприклад: "Апарат працює тільки якщо є контакт електрода AND натиснута кнопка 'Пуск' AND закрито кришку приладу").
Лабораторне заняття №11. «Послідовні схеми: лічильники та регістри».
Мета заняття: спроєктувати цифровий лічильник імпульсів. Використати схему для підрахунку кількості серцевих скорочень за хвилину на основі сигналу, отриманого з компаратора (Лаб. №8).
Лабораторне заняття №12. «Цифро-аналогове перетворення (ЦАП)».
Мета заняття: дослідити роботу матриці R-2R. Сформувати на виході ступінчастий сигнал довільної форми, імітуючи подачу терапевтичного впливу, керованого цифровим кодом.
Лабораторне заняття №13. «Аналого-цифрове перетворення (АЦП)».
Мета заняття: дослідити процес дискретизації та квантування сигналу. Оцінити вплив розрядності АЦП (8, 10, 12 біт) на точність відтворення форми ЕКГ-сигналу та виникнення шумів квантування.
Лабораторне заняття №14. «Гальванічна розв'язка аналогових та цифрових сигналів».
Мета заняття: дослідити роботу оптопар (оптронів). Реалізувати передачу цифрового сигналу через оптичний бар'єр, забезпечуючи електричну ізоляцію "пацієнтської" та "комп'ютерної" частин приладу.
Лабораторне заняття №15. «Джерела живлення медичної апаратури».
Мета заняття: дослідити роботу лінійних та імпульсних стабілізаторів напруги; порівняти рівень пульсацій та шумів на виході, оцінити їх вплив на якість роботи високочутливого біомедичного підсилювача. Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Основи цифрової логіки.
Лекція 2. Комбінаційні цифрові пристрої.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. Інструментальний підсилювач для реєстрації біопотенціалів.
Мета заняття: дослідити схему вимірювального підсилювача на трьох ОП. Виміряти коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу (КОСС/CMRR), імітуючи придушення наведень від електромережі на тілі пацієнта.
Лабораторне заняття №2. Активні фільтри частот (ФНЧ та ФВЧ) у біомедичних каналах.
Мета заняття: розрахувати та налаштувати активні фільтри 2-го порядку (наприклад, Баттерворта). Завдання: сформувати смугу пропускання для каналу ЕКГ (0.05 Гц – 100 Гц), відфільтрувавши дрейф ізолінії та м'язові шуми. Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1) 15-ті лабораторних завдань. Індивідуальні поточні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань практичних занять. За виконання лабораторних робіт здобувач вищої освіти отримує за кожну по 4 бали. Разом – 60 балів;
2) 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 20 балів. Разом – 40 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 50 балів. Разом – 100 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.