Биоэлектричество и медицинская электроника: Учебное пособие, страница 14

Транзистор Т₁ в этом случае призакрывается, а Т₂ приоткрывается. Транзисторы Т₃ и Т₄ не изменяют своего состояния из-за малости амплитуды. Приоткрывание Т₂ приводит к тому, что потенциал его коллектора (и коллектора Т₃) будет стремиться с некоторой постоянной времени к новому более высокому стационарному уровню (рис. 20). С окончанием импульса  выходное напряжение вернется к исходному значению с постоянной времени . Таким образом, в данном случае моделируется реакция мембраны на подпороговое воздействие.

2. Запускающий импульс прямоугольной формы деполяризующей полярности. Амплитуда импульса выше порогового уровня.

Потенциал коллектора Т₁ оказывается более близким к E₂ (Т₁ подзапирается), так что после задержки, связанной с накоплением зарядов в базе Т₃ и их рассасыванием в базе Т₄, происходит регенеративный процесс, приводящий к открыванию и насыщению Т3 и закрыванию Т₄. Насыщенное состояние Т₃ обеспечивается выбором R₄ > R₈ (), вследствие чего падение напряжения на R₆, обусловленное током Т₃, оказывается меньше напряжения между коллектором и эмиттером Т₁. По этой причине разность потенциалов между базой и эмиттером  оказывается отпирающей (отрицательной) и достаточной для поддержания необходимого значения базового тока. Потенциал коллектора насыщенного транзистора Т₃ в установившемся режиме приближенно равен потенциалу его эмиттера. Последний определяется из соотношения  и при достаточно малом  оказывается положительным. Но из  следует, что и напряжение на выходе также становится положительным. Однако установившееся напряжение появляется на выходе не сразу, а достигается по мере заряда конденсатора С_м через открытый и насыщенный транзистор Т₃ и резисторы R₄ и R₆, т.е. фронт выходного импульса будет иметь длительность порядка постоянной времени . Положительное установившееся значение выходного напряжения будет сохраняться до тех пор, пока не разрядится конденсатор С₂, поддерживающий закрытое состояние транзистора Т₄ (правая обкладка конденсатора, заряженная положительно, приложена к базе транзистора, а левая, заряженная отрицательно, через диод D и открытый и насыщенный Т₃ – к эмиттеру). Как только разность потенциалов между базой и эмиттером Т₄ в результате разряда конденсатора С₂ (через R₇, R₆, транзистор Т₃ и диод D) достигнет уровня отпирания Т₄, произойдет очередной регенеративный процесс. Он вернет в исходное состояние  транзисторы Т₃ и Т₄. Напряжение на конденсаторе С_м  (а значит, и выходное напряжение) от значения , соответствующего квазиустойчивому состоянию, перейдет к значению , соответствующему установившемуся значению, в течение времени, определяемого постоянной , т.е. возврат к исходному состоянию также будет проходить плавно, отражая реальный характер среза импульса возбуждения в биологической мембране. Длительность импульса определится временем пребывания в квазиустойчивом состоянии. Последнее пропорционально постоянной . Еще в течение некоторого времени по цепи R₅, C₂, R₆ происходит заряд конденсатора С₂ , и лишь после его окончания очередной цикл генерации импульса можно считать законченным. Таким образом, данный случай моделирует процесс генерации потенциала действия. Изменения входного сигнала и потенциала на выходе при сравнимых длительностях фронта, среза и импульса иллюстрирует рис. 21.

3. Запускающий импульс линейно нарастающего характера деполяризующей полярности ().

Ток (i), протекающий по входным цепям каскада на транзисторе Т1, определяется уравнением , где  ( - входное сопротивление транзистора Т₁). Если постоянная времени входной цепи  значительно меньше длительности импульса, то ток будет изменяться по закону . Из этого выражения следует, что при линейном изменении  ток будет оставаться постоянным: . Следовательно, и напряжение между базой и эмиттером Т₁ также будет постоянным. Если это напряжение окажется ниже порогового, то регенеративный процесс не произойдет, каких бы больших значений  не достигло. Подобного рода реакция отображает свойство аккомодации реальной биологической мембраны (рис. 22).

4. Запускающий импульс прямоугольной формы гиперполяризующей (отрицательной) полярности.

Транзистор Т₁ приоткрывается, а Т₂ – призакрывается. Потенциал коллектора Т₃ понижается вследствие уменьшения тока через R₄. Понизится также потенциал левой обкладки конденсатора C₂, который совпадает с точностью до падения напряжения на диоде D с потенциалом коллектора Т₃. В момент окончания запускающего импульса ток коллектора Т₂ резко увеличится, возрастет падение напряжения на R₄, потенциал коллектора Т₃ увеличится. Этот скачок потенциала, передаваясь через конденсатор С₂ при достаточной амплитуде, может привести к запиранию транзистора Т₄ и возникновению регенеративного процесса, формирующего потенциал действия. Процессы, происходящие в этом случае, демонстрирует рис. 23: при достаточно большой амплитуде и длительности тока на срезе происходит экстракция зарядов из базы транзистора Т₄ и его запирание. Если же количество заряда, выведенное из базы, оказывается малым, то запирания Т₄ не происходит и потенциал на выходе возвращается к исходному состоянию по апериодическому закону. В целом это соответствует реакции биологической мембраны на гиперполяризующий импульс.

Резюмируя анализ модельной структуры, можно заметить, что она полностью подчиняется основным законам, характеризующим поведение оригинала: п. 1 отражает явление порога возбуждения, п. 2 моделирует закон «все или ничего», отражающий отсутствие связи между входным и выходным сигналами в случае возникновения в схеме регенеративного процесса. Пункты 1 и 2 моделируют также закон «сила – длительность» в соответствии с тем обстоятельством, что для перевода транзисторов из устойчивого состояния в квазиустойчивое необходимо обеспечить протекание через их базовые цепи определенного количества заряда . Если ток представляет собой прямоугольный импульс, то при увеличении его амплитуды для получения необходимого заряда длительность может быть уменьшена и, наоборот, при уменьшении амплитуды (но не ниже определенного минимума) длительность должна быть увеличена. Пункт 3 демонстрирует явление аккомодации.