Orvosi jelfeldolgozás Információ De, mi az a jel? Jel: Információt szolgáltat (információ: új ismeretanyag, amely csökkenti a bizonytalanságot).. Megjelent.. Panasza? információ:. Egy beteg.. Fáj a fogam. 3. Melyik? 3. Bal alsó -es. Zaj: minden, ami nem jel. Relatív fogalmak. A körülményektől függ, hogy mi a jel. diagnózis terápia fáj? Információtartalom Jelek osztályozása. Melyik fog. Felső? - nem. 6 lehetséges hely. Csökkenő bizonytalanság.. Baloldalon? - nem. 8 lehetséges hely. Elektromos jelek (pl. EKG, EEG, EMG, stb) Nem elektromos jelek (pl. vérnyomás, testhőmérsklet, stb) átalakítás 3 lehetséges válasz. A bizonytalanság mértéke nagy. A pontos hely öt eldöntendő kérdéssel azonosítható. Információ tartalom: 5 bit ( 5 = 3) Elektromos jel feldolgozás Elektromosság elve alapján működnek az eszközök.
Jelek osztályozása. Jelek osztályozása 3. analóg jel digitális jel hang ekg Egy adott tartományon belül bármilyen értéket felvehet. Csak meghatározott, véges számú értékeket vehet fel. Testmagasság: analóg jel mérés Magasság: 75 cm (csak meghatározott értékek) Jel és zaj Jelfeldolgozó lánc A zaj gyakran véletlen jelenség! Ideális eset: nincs zaj! Valódi mérés: a zaj mindig jelen van! Jel/zaj arány: Ez a mennyiség jellemzi a mérés minőségét. A magasabb érték a kedvezőbb! Hogyan növelhetjük? Növeljük a jel arányát. Csökkentjük a zajszintet. Analóg (a) és digitális (b) jelfeldolgozás.
Elektromos tér Töltésekre erőhatást fejt ki. (E elektromos térerősség) Statikus (időben álladó) erőteret töltések hoznak létre. F E Q Elektromos potenciál Statikus térben a munka nem függ az úttól, csak A- tól és B-től. Legyen B a végtelenben: A A Munkavégzés: A az A pont potenciálja, és: W AB F s QE s AB W Q AB Feszültség (): Mértékegysége: volt (V) AB A B Q I t E l Elektromos áram Definíció: töltések egyirányú, rendezett mozgása. Nagyságát az I áramerősség adja meg. Mértékegysége: amper (A) Az áramerősség függ az anyag minőségétől, az A keresztmetszettől és az E térerősségtől. Egyenáram Egyenáram: az áram iránya nem változik. Elektromos teljesítmény A feszültség definíciója alapján: W = Q. Az áramerősség definíciójából: Q = It. A kettő összevetéséből: P elektromos W t el I 3
Váltóáram Váltóáram: az áram iránya periodikusán változik. max sin t frekvencia: periódusok száma időegység alatt. f T f Effektív feszültség, effektív áram Definíció: annak az egyenfeszültségnek, egyenáramnak az értéke, amelynek a teljesítménye ugyanakkora mint az adott váltófeszültségé, vagy váltóáramé. P I I R R eff ill. max I max eff I (A fenti összefüggések szinuszos jelalak esetében érvényesek.) Vezetők és szigetelők Áramköri elemek Vezetők: erőtér hatására elmozduló töltéseket tartalmaznak. Fémek: elektronok (elsőfajú vezetők) Elektrolitok: ionok (másodfajú vezetők) Szigetelők: erőtér hatására elmozduló töltéseket nem tartalmaznak. Legjobb szigetelő a vákuum. passzív ellenállás kondenzátor aktív dióda induktivitás tranzisztor 4
Kondenzátor E d Ha a fémlemezekre töltéseket viszünk fel, a lemezek között homogén elektromos erőtér alakul ki. Ellenállás A vezetőben kialakuló E térerősség hatására gyorsuló töltések átlagsebességét az anyag szerkezete határozza meg. Az átlagsebességtől függ az időegység alatt átlépő elektronok száma azaz az áramerősség. A vezető ezt a tulajdonságát ellenállásnak nevezzük és R-el jelöljük. Mértékegysége: ohm (W) A két lemez közötti erőtér nagysága és a lemezek közötti feszültség a felvitt Q töltéssel arányos. Ohm-törvény: R I Q C A C d C a kondenzátor kapacitása. Mértékegysége: farád (F) Az előzőek alapján az R értéke függ az anyagi minőségtől, hosszától keresztmetszetétől. r = fajlagos ellenállás.) l R r A Vezetőképesség Az ellenállás reciprokát vezetőképességnek nevezzük. Mértékegysége a siemens. Mágneses tér Az elektromos térrel ellentétben csak mozgó töltésekre fejt ki erőhatást. Nagyságát a mágneses indukció B adja meg. A fajlagos ellenállás reciproka a fajlagos vezetőképesség. Jele: s s r Lorentz-erő: arányos a töltés nagyságával, sebességével és a mágneses tér erősségével. F 5
Mágneses indukció Induktivitás Mozgó vezető mágneses térben. A Lorentz-erő a mozgékony elektronokra hatva töltés szeparációt, feszültséget hoz létre. Állandó áram mágneses teret kelt a tekercsben. Ideális tekercs ellenállása és így a feszültségesés is nulla. Váltakozó áram azonban váltakozó mágneses teret kelt, ami feszültséget indukál a tekercsben. A keletkezett feszültség arányos az áram megváltozásának gyorsaságával. Az arányossági tényező az induktivitás L. Mértékegysége H henry. Váltakozó áramú ellenállás, impedancia Kirchoff-törvények Csomóponti törvény Hurok törvény ellenállás: X R R frekvencia független I I kondenzátor: X C C frekvenciafüggő I induktivitás: X L L frekvenciafüggő I = I + I = - ( + ) 6
Soros, párhuzamos kapcsolás Áramkörök Soros kapcsolás Párhuzamos kapcsolás Elektromos elemekből álló egység. I egyszerű (passzív elemekből álló) összetett (passzív és aktív elemekből álló) RC kör integrált áramkör = + IR = IR + IR R = R + R I I I R R R R R R LC kör erősítő RC-kör egyenáramú viselkedése RC-kör váltóáramú viselkedése Feltöltődés Kisülés Aluláteresztő szűrő Felüláteresztő szűrő C T e RC t RC = időállandó C 0 e t RC 7
Rezgőkör (LC-kör) Elektromos és mágneses tér Rezonancia Energiacsere egy oszcilláló rendszer és a környezete között akkor lehetséges, ha a rendszer saját frekvenciája és a gerjesztő erő frekvenciája megegyezik. Az elektromos és mágneses tér periódikusan felépül és lebomlik. f LC Félvezető eszközök A dióda működése n-típusú félvezető p-típusú félvezető elektronok mozognak lyukak mozognak n- és p-típusú félvezetőből álló két réteg közvetlenül egymás mellett. 8
Dióda áramkörben Dióda alkalmazása (példák) nyitóirány záróirány Egyenirányító Sugárzás érzékelő Záróirányú feszültség esetén a sugárzás töltéshordozókat hoz létre és létrejön az áram. A tranzisztor működése Három félvezető rétegből épül fel. NPN tranzisztor (van PNP is ) 9