医用电子学蚌埠医学院医学影像学系电子电工教研室课件.ppt
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1、医用医用电子学电子学蚌埠医学院医学影像学系蚌埠医学院医学影像学系电子电工教研室电子电工教研室为什么要学习这门课程?为什么要学习这门课程?电路应用范围非常广泛,几乎遍布所有行业。电路应用范围非常广泛,几乎遍布所有行业。医疗仪器:医疗仪器:X线机、普通CT机、发射计算机体层成像(ECT)、核磁共振(MRI)、数字减影血管造影(DSA)、多普勒仪、内窥镜系统、超声成像系统、-闪烁成像系统、单光子发射计算机体层成像系统、正电子发射体层成像系统、化疗仪等等,都要用到电子技术。电子与医学关系:电子与医学关系:电子学促进医学的发展与深入,并为医学诊断与治疗提供丰富的手段。同时医学的发展又对电子学提出了更高的
2、要求,刺激着电子学及相关知识的发展。1.电路分析:在已知电路的结构、元件、参数的情况下,分析该电路的特点和功能.主要教学内容主要教学内容:2.模拟电路:电子元器件电子电路及其应用二极管三极管集成电路放大滤波电源3.数字电路:考核方式:考核方式:理论考核闭卷笔试,占总成绩的50,实验考核占总成绩的30,实验报告与平时成绩占总成绩的20。参考教材及软件 参考教材:参考教材:1.秦曾煌.电工学.高教2.电路分析.高教3.华成英,童诗白.模拟电子技术基础.高教 软件:软件:1.Pspice2.Multisim第一章第一章 电路基础电路基础电路的组成:电源、负载、中间环节电源、负载、中间环节1.1 电路
3、的概念举例举例1:手电筒电:手电筒电第一节直流电路电路模型 电路模型:理想元件组成的电路理想元件组成的电路 电路中的物理量:电流、电阻、电压电路中的物理量:电流、电阻、电压 电流的定义:方向和大小电流的定义:方向和大小 电路中物理量的正方向:实际正方向和假设正方电路中物理量的正方向:实际正方向和假设正方向向电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向解决方法 在解题前先假设一个正方向,作为参考方向;在解题前先假设一个正方向,作为参考方向;根据电路的定理、定律,列出物理量之间相互关根据电路的定理、定律,列出物理量之间相互关系的代数表达式;系的代数表达式;根据计算结果确定实际方向,如果计算结果为正根据
4、计算结果确定实际方向,如果计算结果为正数,则实际方向与假设方向一致;如果为负数,数,则实际方向与假设方向一致;如果为负数,则与假设方向相反。则与假设方向相反。1.2 1.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路支路(Branch)指在电路中流经一系列电子元件时电指在电路中流经一系列电子元件时电流保持不变的电路。(电路的每一个分支)流保持不变的电路。(电路的每一个分支)三个名词注释三个名词注释(术语术语):节点节点(Node)指三条及三条以上的支路汇总的地方称为节点。指三条及三条以上的支路汇总的地方称为节点。回路回路(Loop)指电路中的任一闭合路径。指电路中的任一闭合路径。用来描述电路中各部分电压或各
5、部分电流间的关用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系系,其中包括电流定律其中包括电流定律(Kirchhoffs current law,KCL)和电压定律和电压定律(Kirchhoffs voltage law,KVL)。支路:支路:ab、ad、.(共(共6条)条)回路:回路:abda、bcdb、.(共(共7 个)个)结点:结点:a、b、.(共共4个)个)例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路?支路?结点?结点?回路?回路?对任何结点,在任一瞬间,流入结点的电流等于由对任何结点,在任一瞬间,流入结点的电流等于由结点流出的电流。结点流出的电流。KC
6、L的的依据依据:电流的连续性:电流的连续性 I=0即:即:I1I2I3I44231IIII例例或:或:04231IIII1-2-1 1-2-1 基尔霍夫电流定律(基尔霍夫电流定律(KCL)KCL)I入入=I出出 即:即:设:流入结点为正,流出结点为负。设:流入结点为正,流出结点为负。在任一瞬间,一个结点上电流的代数和为在任一瞬间,一个结点上电流的代数和为 0。电流定律电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面(还可以扩展到电路的任意封闭面(广义结点广义结点)I1+I2=I3I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R例例 对电路中的任一回路,沿任意绕
7、行方向的各对电路中的任一回路,沿任意绕行方向的各段电压降的代数和等于零。段电压降的代数和等于零。即:即:IRE1-2-2 1-2-2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVLKVL)即:即:0U 在任一回路的在任一回路的绕行方向绕行方向上,电动势的代数上,电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。和等于电阻上电压降的代数和。E E、U U和和IRIR与与绕行方向绕行方向相同为正,反之为负。相同为正,反之为负。例如:例如:回路回路 a-d-c-a55443343RIRIRIEE或:或:0RIRIRI43554433EE注意:注意:与与绕行方向相同为正,绕行方向相同为正,相反为负。相反为负。I3E4
8、E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-RIEUab KVLKVL也适合开口电路也适合开口电路例例E+_RabUabI例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程?几个分析以下电路中应列几个电流方程?几个电压方程?电压方程?基尔霍夫电流方程基尔霍夫电流方程:结点结点a:结点结点b:321III213III独立方程只有独立方程只有 1 个个基尔霍夫电压方程基尔霍夫电压方程:#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#
9、3bE1网孔网孔网孔网孔设:电路中有设:电路中有N个结点,个结点,B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的独立的结点电流方程结点电流方程有有 (N-1)个个独立的独立的回路(回路(网孔网孔)电压方程)电压方程有有(B-N+1)个个则:则:(一般为网孔个数)(一般为网孔个数)独立电流方程:独立电流方程:个个独立电压方程:独立电压方程:个个1.3理想电源元件理想电源元件理想电压源理想电压源:指输出指输出端的电压保持不变,端的电压保持不变,变化的是输出电流变化的是输出电流(Ideal voltage source)+-U=定值U=定值+-I ISUSUO OI I
10、U U 恒压源恒压源理想电流源理想电流源:指输出端指输出端的电流保持不变,变化的的电流保持不变,变化的是输出电压是输出电压。(Ideal current source)SIO OI IU U-I=定值I=定值+U USI恒流源恒流源一、一、理想电压源理想电压源 (恒压源)(恒压源):RO=0 时的电压源时的电压源.特点特点:(3)电源中的电流由外电路(负载)决定。)电源中的电流由外电路(负载)决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE(2)电源内阻为)电源内阻为 “RO=0”。(1)理想电压源的端电压恒定。)理想电压源的端电压恒定。(4)理想电压源不能短路,不能并联使用。)理想电压源不
11、能短路,不能并联使用。恒压源中的电流由外电路(负载)决定恒压源中的电流由外电路(负载)决定设设:E=10VIE+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时:同时接入时:I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时:I=5A则:则:二、理想电流源二、理想电流源 (恒流源(恒流源):):RO=时的电流源时的电流源 特点特点:(1)输出电流恒定)输出电流恒定。abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性(3)输出电压由外电路决定。)输出电压由外电路决定。(2)理想电流源内阻为无穷大()理想电流源内阻为无穷大(RO=)。)。(4)理想电流源不能开路,不能串联使用。)理想电流源不能开路,不能串联使用
12、。恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设:IS=1 A R=10 时,时,U=10 V R=1 时,时,U=1 V则则:例伏安特性伏安特性1.电压源模型电压源模型oIREURo越大越大斜率越大斜率越大三、实际电源模型三、实际电源模型UIRO+-EIUEIRO2.2.电流源模型电流源模型ISRiabUabIiabSRUII IsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RiRi越大越大特性越陡特性越陡电压源串联:电压源串联:n21E.EEE电流源并联:电流源并联:n21I.III(电压源不能并联)(电压源不能并联)(电流源不能串联)电流源不能串联)两种电源的相互等效两
13、种电源的相互等效E=ISR0 R0=R01.4支路电流法(复杂电路分析方法)(Branch current method)(Branch current method)以各支路电流为未知量,应用以各支路电流为未知量,应用KCL和和KVL列出列出独立电流、电压方程联立求解各支路电流。独立电流、电压方程联立求解各支路电流。解题思路:根据基氏定律,列节点电流解题思路:根据基氏定律,列节点电流 和回路电压方程,然后联立求解。和回路电压方程,然后联立求解。A11433I求:求:I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果?A615432IA7321III1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3例例
14、例1-5叠加原理(复杂电路分析方法)(Superposition theorem)在多个电源同时作用的在多个电源同时作用的线性电路线性电路(电路参数不随电压、电路参数不随电压、电流的变化而改变电流的变化而改变)中,任何支路的电流或任意两点间的中,任何支路的电流或任意两点间的电压,都是电压,都是各个电源单独作用时各个电源单独作用时所得结果的所得结果的代数和代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路原电路I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用单独作用+_AE1BI2R1I1R2I3R3E1单独作用单独作用证明证明:BR1E1R2AE2I3R3+_+_(以(以I3为例)为
15、例)I2I1AI2I1IIIIII I II333222111 +BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3R3R1R2ABE2I3R3+_22112211321 111EKEKVRERERRRVAA令:令:I3I32211333 EKEKIRVIA22112211321111EKEKVRERERRRVAA令:令:ABR1E1R2E2I3R3+_+_132111111RRRRK232121111RRRRK其中其中:例例+-10 I4A20V10 10 用叠加原理求:用叠加原理求:I=?I=2AI=-1AI=I+I=1A+10 I 4A10 10+-10 I 20V10
16、10 解:解:将电路分将电路分解后求解解后求解应用叠加定理要注意的问题应用叠加定理要注意的问题1.叠加定理只适用于线性电路(电路参数不随电压、叠加定理只适用于线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)。电流的变化而改变)。2.分解电路时只需保留一个电源,其余电源分解电路时只需保留一个电源,其余电源“除源除源”:即将恒压源短路,即令即将恒压源短路,即令E=0;恒流源开路,即令;恒流源开路,即令 Is=0。电路的其余结构和参数不变,电路的其余结构和参数不变,3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电路中各
17、电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。流的代数和。=+4.叠加原理只能用于电压或电流的计算,不能用来叠加原理只能用于电压或电流的计算,不能用来 求功率。如:求功率。如:5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解,每个分运用叠加定理时也可以把电源分组求解,每个分 电路的电源个数可能不止一个。电路的电源个数可能不止一个。333 I II 设:设:32332332333233)()()(RIR IRI IRIP则:则:I3R3=+1-6戴维南定理 (Thevenins (Thevenins theorem)theorem)名词解释名词解释:无源二端网络无源二端网络:二端网络中没有电源二端网络
18、中没有电源有源二端网络有源二端网络:二端网络中含有电源二端网络中含有电源二端网络:若一个电路只通过两个输出端与外电路二端网络:若一个电路只通过两个输出端与外电路 相联,则该电路称为相联,则该电路称为“二端网络二端网络”。ABAB有源有源二端网络二端网络R注意:注意:“等效等效”是指对端口外等效是指对端口外等效核心内容:核心内容:有源二端网络用电压源模型等效。有源二端网络用电压源模型等效。RO+_RE等效电压源的等效电压源的内阻(内阻(R0)等于有等于有源二端网络源二端网络除源除源后相应的无源二后相应的无源二端网络的等效电阻。(端网络的等效电阻。(除源除源:电:电压源短路,电流源断路)压源短路,
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