Frequenzübertragungsfunktion (Frequenzgang, Frequenz-Antwort- Funktion, Übertragungskennlinie) (elektrischer) Verstärker. Signalverarbeitung 2

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1 verarbeitung Patient als quelle 3 mformung Selektion Anzeige Detektor elektrisches oder nichtelektrisches elektrisches A/D- Konverter Computer (elektrischer) Eingangssignal P, Anforderungen: ( ) P < P Charakteristische Parameter: Leistungsverstärkungsfaktor Ausgangssignal P, () zeitlicher Ablauf von Ausgangssignal und Eingangssignal (möglichst) gleich Spannungsverstärkungsfaktor P V P P V Verstärkung mit Dezibel-Zahl: P n lg (db) lg P V P (db) 3 Frequenzübertragungsfunktion (Frequenzgang, Frequenz-Antwort- Funktion, Übertragungskennlinie) + Sp Idealfall Realfall - Sp n* Idealfall f 4

2 Frequenzübertragungsfunktion (Frequenzgang, Frequenz-Antwort- Funktion, Übertragungskennlinie) n* n*-3 f u Übertragungsband f u : untere Grenzfrequenz f o Mit Sinussignalen aufgenommen! f (logarithmische Skala) f o : obere Grenzfrequenz Spannung (V) m m m μ μ μ n DC intrazelluläre Spannungsmessung el. mech. mwandler EEG EKG Übertragungsband Übertragungsband EMG PKG m k k k M M M Frequenz (Hz) n*, f u, f o 5 6 Rückkopplung(sverstärker) * +! < β V R V βv V : Spannungsverstärkungsfaktor des s (ohne R.k.) β: Rückkopplungsfaktor V R : Spannungsverstärkungsfaktor des rückgekoppelten s Mitkopplung (positive R.k. gleiche Phase): β >, V R > V Gegenkopplung (negative R.k. entgegengesetzte Phase): β <, V R < V Mitkopplung (positive R.k. gleiche Phase): β >, V R > V Sinusoszillator (βv, Verstärkung: unendlich ) ltraschall(generator), Wärmetherapie(gen.),5,5 t ,5 - -,5 rück Gegenkopplung (negative R.k. entgegengesetzte Phase): β <, V R < V alle von hoher Qualität,5,5 -, t rück 7 -,5 8

3 n (db) Mitkopplung. 3 db Medizinische analysekette 4 ohne Rückk. Gegenk. Patient als quelle Detektor mformung Selektion Anzeige log f A/D- Konverter Computer elektrisches Mitkopplung: Übertragungsband schmaler (Nachteil) Gegenkopplung: Übertragungsband breiter (Vorteil) elektrisches oder nichtelektrisches 9 Filtrierung: Hochpass und Teifpass Filtern Hochpass Filter (high-pass filter) Einführung: Spannungsteiler C R R R R R + R C ω RCω + R C ω logf R au bei kler Frequenzen: wenn ω << ω ( ω ), s R R + R bei grosser Frequenzen: wenn ω >> ω ( ω ),

4 R Tiefpass Filter (low-pass filter) Selektierung von Impulssignalen Integraldiskriminator (ID) Differenzialdiskriminator (DD) C d d Cω R + C ω R C ω + logf bei kler Frequenzen: ha ω << ω ( ω ), bei grosser Frequenzen: ha ω >> ω ( ω ), 3 s. monostabiler Multivibrator (. Semester) 4 Kanal nachander Vielkanalanalysator A/D-Konversion abtastung Häufigkeit Häufigkeitsverteilung der Impulsamplitude s. γ-energie Messung Coulter-Zähler (. Semester) analoges : zeit- und wertkontinuierliches S. zeitdiskretes, wertkontinuierliches S. Quantisierung abtastung + Quantisierung d 5 wertdiskretes, zeitkontinuierliches S. digitales : zeit- und wertdiskretes S. 6

5 zeitdiskretes : man kennt den wert nicht in allen Zeitpunkten f max Sinusfunktion höchster Frequenz die zur Fourierschen Herstellung nötig ist f abtast f max, rekonstruiertes : konstant f abtast,5 f max, die Frequenz des rekonstruierten s ist falsch Nyquist-Shannon Abtasttheorem: Ein er Maximalfrequenz f max muss mit er Frequenz größer als f max abgetastet werden, damit man dem so erhaltenen zeitdiskreten das rsprungssignal ohne Informationsverlust rekonstruieren kann. (mv) (mv),8,6,4, pathologisches EKG -,,,4,6,8, t (s),8,6,4, -,,,4,6,8, t (s) analoges f max Hz zeitdiskretes f abtast 5 Hz > f max,8 f abtast f max, die Frequenz des rekonstruierten s ist korrekt z.b.: hifi, f max khz f abtast 44, khz > * khz 7 (mv),6,4, -,,,4,6,8, t (s) zeitdiskretes f abtast 5 Hz < f max 8 wertdiskretes : der Wert des s kann nicht beliebig groß s Digitalsignal: zeit- und wertdiskretes binäres zwei Werte (Zustände) bit Werte bit 4 Werte 3 bit 8 Werte 3... z.b.: hifi, 6 bit (CD Standard) 4 bit ( beste Tonkarte) wesentlich geringere Störanfälligkeit e fast vollständige regenerierbarkeit entlang der Übertragungsstrecke 9

6 Flüssigkristalle Anisotropie: Richtungsabhängigkeit Liotrope Flüssigkristalle Thermotrope In er Richtung Flüssigkeit (ke Fernordnung) In andere Richtung Festkörper: (Fernordnung) Wasser+amphiphile Stabförmige o. Moleküle z.b. Lipid Scheibeförmige Moleküle Flüssigkristalle Typen der Flüssigkristalle Kristal- Flüssigkeit- Ordung (in unterschiedlichen Richtungen) smektisch nematisch cholesterisch zb.: smektisch

7 Flüssigkristallbildschirm (LCD) Aufbau und Funktion er Zelle: Anwendung der Flüssigkristalle unpolarisiertes Licht. Polarisator Lichttritt (durchsichtig) Orientierungsfläche Flüssigkristallmoleküle Orientierungsfläche. Polarisator k Lichttritt (undurchsichtig) Steuerspannung 5 Elektrooptischer Termooptischer Effekt Analogie zwischen analysekette und Wahrnehmungssystem ENDE Detektor mformung Anzeige 7