Электровакуумные фотоэлементы

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Литература

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА – МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

Лекция Классификация медицинских приборов и аппаратов. Формы энергии, которые преобразуются в измерительном преобразователе.

ПО ООD 012 МВ 1112 - МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКЕ

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ: 051301 – «ОБЩАЯ МЕДИЦИНА»

051302 – «СТОМАТОЛОГИЯ

051102 – «ОБЩЕСТВЕННОЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЕ

КУРС – 1

Продолжительность 50 минут

Составитель:

доцент, к.б.н.

__________ Б.К. Койчубеков

Караганда 2007 г.

Утверждена на заседании кафедры

Протокол №_____

от "____"__________200___г

Зав.кафедрой доцент ______________ Б.К. Койчубеков

Тема: Классификация медицинских приборов и аппаратов. Формы энергии, которые преобразуются в измерительном преобразователе

Цель: Ознакомить студентов с назначением и классификацией медицинских приборов. Дать представление о физических основах построения медицинской техники.

План лекции:

1. Технические средства в системе взаимодействия врач-пациент

2. Обобщенная схема проведения медико-биологического исследования

3. Роль измерительного преобразователя в схеме проведения медико-биологического исследования

4. Особенности и проблемы проведения медико-биологического исследования

5. Формы энергии, которые преобразуются в измерительном преобразователе

6. Физические основы построения измерительного преобразователя

7. Классификация медицинских приборов и технических средств медицинского назначения.

1. Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СПб.: СпецЛит, 2004. –496 с.

2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., В.И. Пасечник и др. Биофизика. М., Владос, 2000.

3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика.- М., Высшая школа, 2003.- 608 с.

4. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. М: Медицина, 1981, 344с

Контрольные вопросы:

1. Классификация медицинских приборов

2. Схема проведения медико-биологического исследования

3. Требования к измерительному преобразователю

4. Особенности проведения медико-биологического исследования

5. Физические основы построения измерительных преобразователей

КАФЕДРА – МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

Лекция Фотоэлектрические преобразователи

ПО ООD 012 МВ 1112 - МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКЕ

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ: 051301 – «ОБЩАЯ МЕДИЦИНА»

051302 – «СТОМАТОЛОГИЯ

КУРС – 1

Продолжительность 50 минут

Составитель:

доцент, к.б.н.

__________ Б.К. Койчубеков

Караганда 2007 г.

Утверждена на заседании кафедры

Протокол №_____

от "____"__________200___г

Зав.кафедрой доцент ______________ Б.К. Койчубеков

Тема: Фотоэлектрические преобразователи

Цель: Ознакомить студентов с принципами преобразования световой энергии в электрический сигнал, с конструкциями фотоэлектрических преобразователей и их основными характеристиками.

План лекции:

1. Назначение фотоэлектрические преобразователей

2. Полупроводниковые оптопреобразователи

3. Элетровакуумные фотоэлементы

4. Параметрические преобразователи

Фотоэлектрические преобразователи предназначены для преобразования энергии светового излучения в электрический сигнал.

Наиболее широко применяемые полупроводниковые приборы.

Фоторезисторы – представляют собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием света. В результате поглощения энергии света электронами происходит увеличение свободных носителей электричества.

Схема включения

Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление 10⁴ -10⁷ Ом. При действии света сопротивление ФР уменьшается, ток в цепи растет и увеличивается выходное напряжение.

Материалы: сернистый свинец (чувствителен к ИК-свету, сернистый кадмий – к видимому, и др.

Фоторезистор имеет линейную вольтамперную характеристику и нелинейную энергетическую характеристику.

Недостатки: зависимость сопротивления от температуры, большая инерционность, связанная с большим временем рекомбинации электронов и дырок, т.е. невозможность использовать на высоких частотах (f <нескольких единиц кГц).

Фотодиоды- представляют собой п/п диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиода. Известно, что на границе р-п -перехода возникает потенциальный барьер и обратный ток диода очень мал, поскольку носители не могут преодолеть этот барьер. Под действием света энергия носителей увеличивается, они преодолевают этот барьер и I_обр увеличивается.

Энергетическая характеристика линейна. Чувствительность составляет десятки миллиампер на люмен. Инерционность невелика, и поэтому эти преобразователи могут работать на больших частотах (сотни МГц).

Фотоэлементы – они представляют собой фотодиоды работающие без внешнего источника напряжения и создающие собственную ЭДС под действием светового излучения. Под воздействием дополнительной энергии света в р - и п - областях диода создается избыток основных носителей (в р -области дырок, в п -области электронов). Возникает так называемая фото-ЭДС, которая достигает нескольких десятков долей вольта.

Недостаток фотоэлементов – низкие частотные свойства и зависимость от температуры.

Материалы: кремний, селен, сернистый таллий.

Представляют собой ламповый диод, выполненный в виде стеклянного баллона. На внутреннюю поверхность баллона нанесен фотокатод в виде тонкого слоя вещества эмитирующего электроны. Анодом является металлическое кольцо, не мешающее попаданию света на фотокатод.

В электронных фотоэлементах создан высокий вакуум, а в ионных - инертный газ – аргон под давлением. Обычно применяют сурьмяно-цезиевые или кислородно-цезиевые катоды.

Схема включения

Вольт-амперная характеристика электронного фотоэлемента показывает резкий режим насыщения.

У ионных фотоэлементов при некотором значении анодного напряжения вследствие ионизации газа аргона ток значительно возрастает, что оценивается коэффициентом газового усиления, который может быть от 5 до 12., т.е. при их использовании нет необходимости в последующем усилении выходного сигнала, его можно регистрировать непосредственно.

Энергетические характеристики: ионные обладают большей чувствительностью.

Частотные характеристики: электронные фотоэлементы работают на частотах до сотни МГц, ионные до нескольких Гц.

Недостатки: наличие темнового тока в результате термоэмиссии катода, что ограничивает их применение для слабых световых потоков. К недостаткам также относятся габариты и большое анодное напряжение.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Предназначен для регистрации малых световых потоков.

Представляет собой стеклянный баллон, торцовая часть которого имеет специальное светочувствительное покрытие – фотокатод, который испускает электроны под действием света. Воздух из баллона удален. Вдоль баллона чередуясь по двум противоположным сторонам размещены изогнутые металлические пластины – диноды. На них с цепочки сопротивлений делителя напряжения подается большое положительное напряжение, возрастающее от динода к диноду. по мере удаления от катода.

Каждый импульс света, в зависимости от своей интенсивности, высвобождает из фотокатода от нескольких штук до нескольких сотен электронов. Зарегистрировать такой ток невозможно.

Однако под воздействием электрического поля эти электроны устремляются к первому диноду и бомбардируют его поверхность, выбивая несколько вторичных электронов. Они в свою очередь бомбардируют следующий динод и т.д.

Число вылетающих электронов нарастает лавинообразно, так что их поток приходящийся на один световой импульс несет в себе до 10⁹ - 10¹¹ электронов. Выходя из ФЭУ и протекая по анодной нагрузке, он создает напряжение, которое можно зарегистрировать.