医学电子技术基础课件.ppt

1、医用电子学基础医学影像学系电子电工与医用设备学教研室主讲张根选教学内容、学时及考试内容：理论教学、实验教学学时：总学时45，其中理论24学时，实验21学时。考试：闭卷考查，理论内容60，实验操作考核20，实验平时20%。第一章电路基础目的：学习电路直流电路、充放电、交流电路、滤波电路等重点：、及电路分析方法。第一节直流电路第一节直流电路1.电流电流current电流的原始定义电流大小表示电流方向一、电路的基本概念2.电路电路circuit所谓电路就是指电流所通过的路径。主要由导线及电路元件组成。3.3.电流、电压及电阻的单电流、电压及电阻的单位位电流的单位：A、mA、电压的单位：、mV、V电阻

2、的单位：、二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律是分析电路最基本的工具之一，是本章的重点与难点内容1.几个相关名词几个相关名词1.支路（branch):2.节点（node point):3.回路（loop):4.网孔：不含支路的回路支路：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）I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-2.KCL(基尔霍夫第一定律）基尔霍夫第一定律）I1I2I3321IIIKCL有二种表述方法：1.流入节点的电流和等于流出节点的电流和。2.任一节点的电流代数和等于零

3、。备注：必须规定电流的方向 0I出入II3.KVL(基尔霍夫第二定律）基尔霍夫第二定律）KVLKVL研究的是任一闭合回路上的所有元器研究的是任一闭合回路上的所有元器件的电压降（或电压升）之间的关系，件的电压降（或电压升）之间的关系，核心内容：任一闭合回路上的所有元器件的电压降（或电压升）的代数和等于零。0IRE应用应用KVLKVL列方程之前必须要注意的二个方列方程之前必须要注意的二个方向：向：1.1.预先标出支路电流方向；预先标出支路电流方向；2.2.预先标出回路绕行方向；预先标出回路绕行方向；3.3.在上述二个方向确定后，列方程时，对在上述二个方向确定后，列方程时，对于电阻上的电压降采取电流

4、方向与绕行于电阻上的电压降采取电流方向与绕行方向方向“相同取正，相反取负相同取正，相反取负”；对于电；对于电源或电压源采取电压方向与绕行方向源或电压源采取电压方向与绕行方向“相同取正，相反取负相同取正，相反取负”。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#30001222112332213311EERIRIERIRIERIRI独立

5、方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔网孔网孔思考题1列出回路方程与节点方程思考题2如图求1、2、3及AB电路中电位的计算电路中电位的计算 EIRUAB电位的概念：零电位：计算电位的起点，V0 零电位的选择：可以任意选择，通常设以接地点。电位：电路中该点与零电位点之间的电压称为该点的电位。三、电压源与电流源三、电压源与电流源电压源与电流源是电源对外特性的二种不同表达方式。1实际电压源1)实际电压源的定义2)实际电压源的输出特性3)理想电压源0IREU2实际电流源1)实际电流源的定义2)实际电流源的输出特性3)理想电流源SSRUII 3电压

6、源与电流源的等效SSRUII 0IREU 00RRREISS 四叠加原理（复杂电路分析方法）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(电路参数电路参数不随电压、电流的变化而改变不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。用时所得结果的代数和。+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I III II I II333222111 I2I1

7、AI2I1+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3R3R1R2ABE2I3R3+_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 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.叠加定理叠加定理只适用于线性电路只适用于线性电路（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）。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”：即将即将恒压源短

8、路恒压源短路，即令，即令E=0；恒流源开路恒流源开路，即令，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.解题时要解题时要标明标明各支路电流、电压的各支路电流、电压的正方向正方向。原电。原电 路中各电压、电流的最后结果是路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电各分电压、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，叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来不能用来 求功率求功率。如：。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

9、I II 设：设：32332332333233)()()(RIR IRI IRIP则：则：I3R3=+五、戴维南定理名词解释名词解释：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：二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路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

10、源的内阻（等效电压源的内阻（R0）等于有）等于有源二端网络除源后相应的无源二源二端网络除源后相应的无源二端网络的等效电阻。（除源：电端网络的等效电阻。（除源：电压源短路，电流源断路）压源短路，电流源断路）等效电压源的电动势等效电压源的电动势（E）等于有源二端）等于有源二端网络的开路电压网络的开路电压U0；ABRR 0 有源有源二端网络二端网络R0UE有源有源二端网络二端网络0UAB相应的相应的无源无源二端网络二端网络ABABER0+_RAB已知：已知：R1=20 、R2=30 R3=30 、R4=20 E=10V求：当求：当 R5=10 时，时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R

11、1R3+_R2R4E等效电路等效电路有源二端有源二端网络网络例第一步：求开端电压第一步：求开端电压U0V2RRRERRREUUU434212DBAD0第二步：求输入电阻第二步：求输入电阻 R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD43210/RR/RRR=2030+3020=24+_ER0R5I5等效电路等效电路24R0V2E R5I5R1R3+_R2R4E第三步：求未知电流第三步：求未知电流 I5+_ER0R5I5E=U0=2VR0=24 105R时时A059.010242RREI505求：求：U=?4 4 50 5 33 AB1ARL+_8V_+10VCDEU例第一

12、步：求开端电压第一步：求开端电压U0。V954010UUUUUEBDECDAC0_+4 4 50 AB+_8V10VCDEU01A5 此值是所求此值是所求结果吗？结果吗？第二步：第二步：求输入电阻求输入电阻 R0。R05754/450R04 4 50 5 AB1A+_8V_+10VCDEU04 4 50 5 第二步：第二步：求输入电阻求输入电阻 R0。R05754/450R04 4 50 5 AB1A+_8V_+10VCDEU04 4 50 5 第三步：求解未知电压第三步：求解未知电压V3.33333579U+_ER057 9V33 第二节电路的暂态过程第二节电路的暂态过程暂态过程：是指电路中

13、的电压（或电流）从一个稳定状态变到另一个稳定状态的过程。其特征是电压（或电流）的数值是一个随着时间在变化的物理量。1.充电充电回路方程：充电回路方程：0 EuiRCRCtCeEu1代入电流与电容的定义公式，再加上初始条件 时 可得电容两端电压1.时间常数2.对充电快慢的影响3.充电电流大小表示tCeREi2.放电回路放电回路方程：放电回路方程：0CuiRdtduCiC对于电容器有对于电容器初始条件有t=0时，uC=E电容放电时，得电压与电流分别为：RctCEeu tCeREi 电容器充放电flash动画演示第三节交流电路第三节交流电路几个名词：直流电(direct current,DC)交流电

14、(alternate current,AC)正弦交流电1.正弦交流电正弦交流电正弦交流电的函数表达式 imumtsinIitsinUu 交弦交流电的三要素：交弦交流电的三要素：1.幅值Um2.角频(或频率）（f）3.初位相（）有效值与幅值之间的关系有效值与幅值之间的关系22mmIIUU 2.RLC在交流电路中的特性在交流电路中的特性2.1纯电阻电路 imtsinIi 设设 umimtsinUtsinRIiRu 则则uimmRIUorRIU 可见可见结论：电阻在交流电路中也符合欧姆定律。i与u同相位。mmRIUorIRU 2.2纯电容电路纯电容电路 umtsinUu 设设 imumtsinIts

15、inCUdtduCdtdqi 2则则2 uiCmmIXUorICU可见可见结论：电容用容抗XC表示后，电容在交流电路中也符合欧姆定律。i比u超前90。CXC1 其中称为容抗IXUC 2.3纯电感电路纯电感电路 imtsinIi 设设 umimtsinUtsinLIdtdiLu 2则则2 iuLmmIXUorULI可见可见结论：电感用感抗XL表示后，在交流电路中也符合欧姆定律。u比i超前90。LXL 其中称为感抗IXUL 3.RLC串联电路及其谐振串联电路及其谐振IRIXLIXCOIUXLIXC 22CLIXIXIRU IZXXRIUCL 22 22CLXXRZ 1.Z：为交流电路的总阻抗2.X

16、l-Xc：称为电抗。RCLarctgUUUarctgRCL 13.相位角名词：谐振当XL=XC时，U与I同相，电路呈纯电阻性。Z有最小值R。LCXXCL10 谐振频率特征：Z=R，且最小，=0，UL与UC反相。4.RLC并联电路及其谐振并联电路及其谐振ICILOUCIL谐振条件：ILIC总电流：CLIII谐振时，I0，ZLCXXCL10 特征：Z=为最大，总电流为零。5.RC串联电路串联电路IURUCUORC2C22C2XRIIXIRU2C2XRZR22RcosC1RRUUC22CcosC1RC1UU可见：总阻抗，分压比等都随频率而变化。第四节常用滤波电路第四节常用滤波电路滤波器（滤波器（fi

17、lter）：就是一种使有用信号通过，而使无用信号被消除或衰减的电子电路。在生物医学信号中，主要是用来滤除各种影响生物信号的干扰信号，尤其是z工频干扰信号。主要有低通、高通、带通与带阻四种滤波器。fhfLfLfhfhfL一、高通滤波器一、高通滤波器uiuo高通典型电路21RCRCUUTfRff 电压传输函数电压传输函数截止频率：f下降到原来的 时所对应的频率fL21211200RCRCUUTfRff RC10 RCfL 21fL121Tff0二、低通滤波器二、低通滤波器uoui低通典型电路211RCUUTfCff 电压传输函数电压传输函数RCfH 21上限截止频率上限截止频率fH121Tff0低通滤波频率特性低通滤波频率特性三、带通滤波器三、带通滤波器fH121Tff0fL通频带通频带fH-fL四、带阻滤波器四、带阻滤波器陷波频率陷波频率fH121Tff0fLRCfffLHO 21uiuo2R2C