Полупроводники. Зонная теория.

ЭЛЕКТРОННОЕ МЕДИЦИНСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Классификация медицинского электронного оборудования

Электронное медицинское оборудование интенсивно используется во всех областях медицины. Прогресс в диагностике и лечении зависит от степени использования различного рода специального оборудования. Медицинская электроника является областью электрической технологии, которая занимается разработкой и эксплуатацией медицинского электронного оборудования.

Все множество медицинских электронных приборов можно классифицировать в общих чертах в несколько групп: a). диагностические приборы, предназначенные для получения информации относительно состояния организма пациента; б). приборы, предназначенные для всех видов лечения, включая физиотерапевтические приборы; c). компьютеры, предназначенные для обработки и сохранения медицинской информации.

Основы безопасного проектирования

Каждый медицинский прибор должен быть безопасным по ряду критериев, предъявляемых нормами безопасности. Безопасность каждого прибора гарантирована его правильной конструкцией. Существует несколько классов медицинских устройств по безопасности, гарантирующей защиту пациентов и медицинского персонала от электрической травмы.

Класс 0 - безопасность устройств гарантируется только электрической изоляцией. Это устройства повседневного использования, которые не предназначены специально для лечебных целей.

Класс І - безопасность гарантируется не только электрической изоляцией, но также заземлением прибора. Разъем прибора должен быть оснащен заземлением.

Класс 0I - заземление достигается проводником, который должен быть отведен на специальный терминал.

Класс II - прибор имеет не только основную, но также дополнительную расширенную электрическую изоляцию. Прибор этого класса не имеет заземления.

Класс III - кроме электрической изоляции, безопасность от электрической травмы гарантируется автономным низковольтным блоком питания (менее чем 24 вольт).

Физические основы медицинского проектирования

Полупроводники. Зонная теория.

Наиболее часто медицинское электронное оборудование включает различные полупроводниковые компоненты: полупроводниковые диоды, транзисторы и т.п. Полупроводники - вещества, занимающие по электропроводности промежуточное положение между проводниками и изоляторами.

В металлах валентная зона и зона электропроводности могут перекрываться. Электроны валентной зоны становятся электронами электропроводности. У металлов таких электронов много, поэтому они являются хорошими проводниками электрического тока.

В изоляторах энергетические уровни валентной зоны полностью заполнены электронами. Полоса электропроводности пустая. Две полосы разделены широкой запрещенной энергетической полосой. При комнатной температуре электроны не могут приобрести достаточную энергию для перемещения из зоны валентности в зону электропроводности.

В полупроводниках (кремний, германий и т.п.) вся энергетические уровни в зоне валентности также заняты электронами. Но запрещенная зона между зонами валентности и электропроводности достаточно узкая. При нормальной температуре энергия некоторых электронов валентности достаточна для того, чтобы пересечь запрещенную зону и достичь зоны электропроводности, где они могут стать электронами электропроводности. Таким образом, электроны могут перемещаться как носители отрицательного заряда.

Когда электрон покидает атом, становясь свободным, образуется вакантное место, или дырка. Электрон соседнего атома может заполнять эту дырку (рекомбинация). Таким образом, дырки ″перемещаются″как носители положительного заряда.