医学电子学基础.ppt

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1、医学电子学基础生物医学工程研究所课程安排理论学时36，实验学时18，共54学时。周4学时，实验安排在周三下午。考试课。闭卷考试。实验成绩按出勤、实验报告等计入总成绩，占20分。学习建议掌握基本原理和基本分析方法理论和实验相结合，加深对理论的理解掌握典型例题第一章电路基础电路理论是从物理学中的电磁学发展起来的，其基本概念和基本定律是电子技术的基础，分析和综合方法已在仪器设计中得到广泛应用．第一节直流电路第二节电路的暂态过程第三节交流电路第一节直流电路一.电路的基本概念电荷在电场作用下的定向移动叫电流(current)，习惯上将正电荷运

2、动的方向规定为电流的方向，而电路(circuit)则是电流所流过的路径。形成电流必须具备两个条件，一是电路中有自由移动的电荷(即载流子)，二是电路两端必须加有电压。注意：电流及电压的单位及不同单位之间的换算关系。导体两端的电压与通过它的电流强度的关系称为欧姆定律。R(resistance):电阻G(conductance):电导，两者互为倒数。电路的组成如图1-1所示。欧姆定律内电路二.基尔霍夫定律（Ｋirchhoff’sLaw)用于进行复杂电路的计算。支路(branch):通过同一电流的每个分支电路。节点(nodalpoint):

3、二条或三条以上通电支路的汇合点。1.基尔霍夫第一定律流入节点的电流之和等于流出节点电流之和。I=I1+I2I-I1-I2=0对于各节点应用基尔霍夫第一定律可以写出一组电流方程，称为基尔霍夫第一方程组，通常记为∑I=0其中流入节点的电流规定为正，流出节点的电流为负。在应用第一定律时，如果支路电流的方向不能预先确定，可以先任意假定一个方向，最后由计算结果来确定它的实际方向，如果计算值为正，则实际方向与假设方向相同；如果计算值为负，则实际方向与假设方向相反。2.基尔霍夫第二定律在分支电路中，任一闭合路径称为回路(1oop)，如图1-3所示

4、，abdca和abfea都是闭合回路。基尔霍夫第二定律指出：沿任一闭合回路的电势增量的代数和等于零。即∑E+∑IR=0对于各闭合回路，应用基尔霍夫第二定律可以列出一组电压方程，称为基尔霍夫第二方程组。在使用基尔霍夫定律求解时，电流的方向和绕行方向是任意选定的，并规定，电势升高者为“+”，电势降低者为“-”。具体按以下规则确定电势增量的正、负号：①当电阻R中的电流方向与选定的回路绕行方向相反时，电势增量为+IR，相同时，电势增量为-IR；②如果电动势E从负极到正极的方向与选定的绕行方向相同，则电势增量为+E，相反时，电势增量为-E。电

5、路如图1-3所示。El=4.0V,E2=6.0V,R1=1.0Ω,R2=1.5Ω,R3=10Ω,计算I1,I2,I3的值。解：假设各支路的电流方向如图中的箭头所示，根据基尔霍夫第一定律，对于节点a，有I1+I2-I3=0(a)根据基尔霍夫第二定律，对于回路dcabd(逆时针方向)，有El-I1Rl+I2R2-E2=0(b)对于回路abfea(顺时针方向)，有I2R2-E2+I3R3=0(c)将(a)、(b)、(c)三式联立，通过对方程组求解，可得各支路的电流分别为I1=-0.53AI2=0.98AI3=0.45A上面的计算结果，流过

6、El的电流Il为负值，说明该电流与图中假定的方向相反，即实际上Il不是从El的正极流出，而是从E1的正极流入，Il非但没有向负载供电，相反由E2对它进行充电。从上面的例子可以看出，利用基尔霍夫定律求解电路时，如果有m个未知数，则需要列出m个独立方程，若电路有n个节点，则只能列出(n-1)个节点电流方程，其余m-(n-1)个方程应为独立的回路方程(电压方程)，即所选择的每一个回路至少含有一个其他回路没有包含的未知数。上例中n=2(a,b)，m=3，独立的回路方程为2个。三.电压源和电流源电压源和电流源是维持电路中电流的能源。1.电压源

7、电压源可以看成是电动势E和内阻R0的串联组合，如图1-4(a)虚线框内所示。当电压源向负载RL提供电压和电流时，电源两端的电压U(也叫输出电压)与输出电流I之间有如下关系：U=E-IR0上式表明，随着输出电流的增大，电压源的输出电压线性下降，如图1-4(b)所示，且内阻R0愈大，下降愈多。当电压源内阻R0=0时，不论电源的输出电流I如何变化，其输出电压U将等于电动势E，即U=E，这样的电压源称为理想电压源或称为恒压源。右图1-4(c)是它的伏安特性。在电子技术中使用的电源，一般要求电源有稳定的输出电压，尽量接近恒压源，其内阻应愈小愈

8、好。2.电流源实际的电流源可以看成是恒值电流Is与内阻Rs的并联，如图1-5(a)虚线框内所示。假定电流源与负载电阻RL相连时，电流源向RL提供的电流为I，加于RL的电压为U，则流过内阻Rs的电流为U／Rs，电源两端的电压U与输出电流