医学电子仪器原理与技术

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1、医学电子仪器原理与技术生物医学工程研究所本课程内容医学电子仪器与基础电路生理参数测量仪器医学超声仪器临床检测分析仪器生理功能辅助仪器医用光学技术与仪器治疗用电子仪器放射治疗肿瘤装置医用仪器干扰的抑制和安全用电第一章医学电子仪器与基础电子电路医学电子仪器的特点医学电子仪器的分类半导体器件的基础知识生物医学放大电路电子振荡电路直流稳压电路数字逻辑电路1.1医学电子仪器的特点高精度、高标准、高质量多门类、多品种、多规格新技术、新材料、新原理应用迅速1.2医学电子仪器的分类生物电检测仪器及非电生理参数检测仪器生物电检测仪器（心电

2、、肌电等）非电生理参数检测仪器（体温、血压等）监护仪器（床旁、中心监护、手术监护）临床检验分析仪器（血气、生化分析仪）生理功能辅助仪器（呼吸机、麻醉机）医用超声仪器医学电子仪器的分类医用X线诊断装置X线计算机断层成像系统(XCT)磁共振成像系统(MRI)核医学诊断仪器及设备（ECT、PET）放射治疗装置（钴60、X-刀、γ-刀）医用光学仪器（医用内窥镜等）治疗与康复仪器1.3半导体器件的基础知识常温下的自然界中的物质按其导电性能可分为以下三类。导体：导电性能良好，如铜、银、铝等金属材料。绝缘体：几乎不导电，如玻璃、橡胶、

3、陶瓷等材料。半导体：其导电性能介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、砷化物和硫化物等材料。半导体导电能力在不同条件下差异很大。1.热敏性环境温度对半导体的导电能力影响很大。对纯净半导体来说，温度越高，导电能力就越强。基于这种特性，可制成各种温度敏感元件，如热敏电阻等。2.光敏性一些半导体材料受到光照时，导电能力随之增强。利用这种特性可以制成各种光敏器件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光控晶闸管和光电池等。3.掺入微量杂质对半导体导电性能的影响如果在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大大增强。而且掺入的杂质元素不同

4、、浓度不同，半导体的导电性能可以人为地控制。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两种。N型、P型半导体及PN结在半导体中掺入少量5价元素磷（或砷、锑），可使半导体内的自由电子数量剧增。在这种半导体中自由电子占绝大多数，故称为多数载流子（多子），而空穴则为少数载流子（少子）。它主要依靠带负电的电子导电，所以叫电子型半导体，或N（Negative）型半导体。在本征半导体中掺入少量3价元素硼（或铝、镓、铟），可使空穴的数量剧增。在这种半导体中，空穴是多数载流子，自由电子为少

5、数载流子，它主要依靠带正电的空穴导电，所以叫空穴型半导体，或P（Positive）型半导体。单一的N型或P型半导体只能起电阻作用。但若将这两种半导体以某种方式结合在一起，构成PN结，就可使半导体的导电性能受到控制，这样才能制成各种具有不同特性的半导体器件。利用特殊的掺杂工艺，可使一块半导体的一部分成为P型半导体（P区），而另一部分成为N型半导体（N区），则在两者交界处形成一个具有特殊性质的区域，称之为PN结。PN结的形成过程中同时存在着多子的扩散运动和少子的漂移运动。当PN结处于动态平衡状态时，多子的扩散电流与少子的漂移

6、电流大小相等且方向相反，通过PN结的电流为零，即PN结处于不导电状态。但如果在PN结两端加上电压，就会打破原来扩散和漂移的动态平衡状态，使PN结呈现单向导电的性能。单向导电性是PN结的基本特性。（a）加正向电压（b）加反向电压图1.1PN结外加电压当PN结外加正向电压时，PN结处于低电阻的导通状态，正向电流较大；当PN结外加反向电压时，PN结处于高电阻的截止状态，反向电流很小。这就是PN结的单向导电性。但当加于PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流可突然急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿。对应于电流开始剧增时的电

7、压称为反向击穿电压。发生反向击穿时，只要反向电流的热效应不破坏PN结，当反向电压下降到击穿电压以下时，PN结的性能仍可恢复。半导体二极管半导体二极管实际上就是一个PN结，由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成的。它的用途很广，如用作整流、高频检波和数字电路中的开关元件等。为适用于各种不同的用途，制成了各种类型的半导体二极管。但其工作原理都是基于PN结的单向导电性。二极管的电路符号为；1.二极管的伏安特性(1)正向特性死区电压正向导通压降UF正向导通区(2)反向特性反向截止区反向击穿反向击穿电压图1.2二极管伏安特性曲线

8、2.二极管的应用二极管的应用范围很广，利用其单向导电性，可组成整流、检波、限幅、钳位等电路。还可用它构成其他元件或电路的保护电路，以及在脉冲与数字电路中作为开关元件等。在作电路分析时，一般可将二极管视为理想元件，即认为其正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计。反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向