醫(yī)學電子學基礎.ppt

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1、醫(yī)學電子學基礎生物醫(yī)學工程研究所課程安排理論學時36，實驗學時18，共54學時。周4學時，實驗安排在周三下午?？荚囌n。閉卷考試。實驗成績按出勤、實驗報告等計入總成績，占20分。學習建議掌握基本原理和基本分析方法理論和實驗相結合，加深對理論的理解掌握典型例題第一章電路基礎電路理論是從物理學中的電磁學發(fā)展起來的，其基本概念和基本定律是電子技術的基礎，分析和綜合方法已在儀器設計中得到廣泛應用．第一節(jié)直流電路第二節(jié)電路的暫態(tài)過程第三節(jié)交流電路第一節(jié)直流電路一.電路的基本概念電荷在電場作用下的定向移動叫電流(current)，習慣上將正電荷運

2、動的方向規(guī)定為電流的方向，而電路(circuit)則是電流所流過的路徑。形成電流必須具備兩個條件，一是電路中有自由移動的電荷(即載流子)，二是電路兩端必須加有電壓。注意：電流及電壓的單位及不同單位之間的換算關系。導體兩端的電壓與通過它的電流強度的關系稱為歐姆定律。R(resistance):電阻G(conductance):電導，兩者互為倒數(shù)。電路的組成如圖1-1所示。歐姆定律內(nèi)電路二.基爾霍夫定律（Ｋirchhoff’sLaw)用于進行復雜電路的計算。支路(branch):通過同一電流的每個分支電路。節(jié)點(nodalpoint):

3、二條或三條以上通電支路的匯合點。1.基爾霍夫第一定律流入節(jié)點的電流之和等于流出節(jié)點電流之和。I=I1+I2I-I1-I2=0對于各節(jié)點應用基爾霍夫第一定律可以寫出一組電流方程，稱為基爾霍夫第一方程組，通常記為∑I=0其中流入節(jié)點的電流規(guī)定為正，流出節(jié)點的電流為負。在應用第一定律時，如果支路電流的方向不能預先確定，可以先任意假定一個方向，最后由計算結果來確定它的實際方向，如果計算值為正，則實際方向與假設方向相同；如果計算值為負，則實際方向與假設方向相反。2.基爾霍夫第二定律在分支電路中，任一閉合路徑稱為回路(1oop)，如圖1-3所示

4、，abdca和abfea都是閉合回路?；鶢柣舴虻诙芍赋觯貉厝我婚]合回路的電勢增量的代數(shù)和等于零。即∑E+∑IR=0對于各閉合回路，應用基爾霍夫第二定律可以列出一組電壓方程，稱為基爾霍夫第二方程組。在使用基爾霍夫定律求解時，電流的方向和繞行方向是任意選定的，并規(guī)定，電勢升高者為“+”，電勢降低者為“-”。具體按以下規(guī)則確定電勢增量的正、負號：①當電阻R中的電流方向與選定的回路繞行方向相反時，電勢增量為+IR，相同時，電勢增量為-IR；②如果電動勢E從負極到正極的方向與選定的繞行方向相同，則電勢增量為+E，相反時，電勢增量為-E。電

5、路如圖1-3所示。El=4.0V,E2=6.0V,R1=1.0Ω,R2=1.5Ω,R3=10Ω,計算I1,I2,I3的值。解：假設各支路的電流方向如圖中的箭頭所示，根據(jù)基爾霍夫第一定律，對于節(jié)點a，有I1+I2-I3=0(a)根據(jù)基爾霍夫第二定律，對于回路dcabd(逆時針方向)，有El-I1Rl+I2R2-E2=0(b)對于回路abfea(順時針方向)，有I2R2-E2+I3R3=0(c)將(a)、(b)、(c)三式聯(lián)立，通過對方程組求解，可得各支路的電流分別為I1=-0.53AI2=0.98AI3=0.45A上面的計算結果，流過

6、El的電流Il為負值，說明該電流與圖中假定的方向相反，即實際上Il不是從El的正極流出，而是從E1的正極流入，Il非但沒有向負載供電，相反由E2對它進行充電。從上面的例子可以看出，利用基爾霍夫定律求解電路時，如果有m個未知數(shù)，則需要列出m個獨立方程，若電路有n個節(jié)點，則只能列出(n-1)個節(jié)點電流方程，其余m-(n-1)個方程應為獨立的回路方程(電壓方程)，即所選擇的每一個回路至少含有一個其他回路沒有包含的未知數(shù)。上例中n=2(a,b)，m=3，獨立的回路方程為2個。三.電壓源和電流源電壓源和電流源是維持電路中電流的能源。1.電壓源

7、電壓源可以看成是電動勢E和內(nèi)阻R0的串聯(lián)組合，如圖1-4(a)虛線框內(nèi)所示。當電壓源向負載RL提供電壓和電流時，電源兩端的電壓U(也叫輸出電壓)與輸出電流I之間有如下關系：U=E-IR0上式表明，隨著輸出電流的增大，電壓源的輸出電壓線性下降，如圖1-4(b)所示，且內(nèi)阻R0愈大，下降愈多。當電壓源內(nèi)阻R0=0時，不論電源的輸出電流I如何變化，其輸出電壓U將等于電動勢E，即U=E，這樣的電壓源稱為理想電壓源或稱為恒壓源。右圖1-4(c)是它的伏安特性。在電子技術中使用的電源，一般要求電源有穩(wěn)定的輸出電壓，盡量接近恒壓源，其內(nèi)阻應愈小愈

8、好。2.電流源實際的電流源可以看成是恒值電流Is與內(nèi)阻Rs的并聯(lián)，如圖1-5(a)虛線框內(nèi)所示。假定電流源與負載電阻RL相連時，電流源向RL提供的電流為I，加于RL的電壓為U，則流過內(nèi)阻Rs的電流為U／Rs，電源兩端的電壓U與輸出電流