医用电子学基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019-10-31,谢谢你的关注,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,xxx,1,谢谢你的关注,2019-10-31,医用电子学基础医学影像学系主讲xxx1谢谢你的关注2019,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%,。,2,谢谢你的关注,2019-10-31,教学内容、学时及考试2谢谢你的关注2019-10-31,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。,3,谢谢你的关注,2019-10-31,第一章电路基础目的：学习电路直流电路、充放电、交流电路,第一节直流电路,1.,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,4,谢谢你的关注,2019-10-31,第一节直流电路1.电流电流的原始定义电流大小表示电流方向一,2.,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。,5,谢谢你的关注,2019-10-31,2.电路circuit所谓电路就是指电流所通过的路径。主要由,3.,电流、电压及电阻的单位,电流的单位：,A,、,mA,、,电压的单位：、,mV,、,V,电阻的单位：,、,、,6,谢谢你的关注,2019-10-31,3.电流、电压及电阻的单位电流的单位：A、mA、6谢谢你,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,7,谢谢你的关注,2019-10-31,二、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,1.,几个相关名词,支路（,branch):,节点（,node point):,回路（,loop):,4.,网孔：不含支路的回路,支路：,ab,、,ad,、, .,（共,6,条）,回路：,abda,、,bcdb,、, .,（共,7,个）,结点：,a,、,b,、, .,(,共,4,个）,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,8,谢谢你的关注,2019-10-31,1.几个相关名词支路（branch):支路：ab、ad、,2.KCL(,基尔霍夫第一定律）,I,1,I,2,I,3,9,谢谢你的关注,2019-10-31,2.KCL(基尔霍夫第一定律）I1I2I39谢谢你的关注2,KCL,有二种表述方法：,流入节点的电流和等于流出节点的电流和。,任一节点的电流代数和等于零。,备注：必须规定电流的方向,10,谢谢你的关注,2019-10-31,KCL有二种表述方法：备注：必须规定电流的方向10谢谢你的关,3.KVL(,基尔霍夫第二定律）,KVL,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，,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。,11,谢谢你的关注,2019-10-31,3.KVL(基尔霍夫第二定律）KVL研究的是任一闭合回路上的,应用,KVL,列方程之前必须要注意的二个方向：,预先标出支路电流方向；,预先标出回路绕行方向；,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方向与绕行方向,“相同取正，相反取负”,；对于电源或电压源采取电压方向与绕行方向,“相同取正，相反取负”。,12,谢谢你的关注,2019-10-31,应用KVL列方程之前必须要注意的二个方向：12谢谢你的关注2,例,a,I,1,I,2,E,2,+,-,R,1,R,3,R,2,+,_,I,3,#1,#2,#3,b,E,1,分析以下电路中应列几个电流方程？几个,电压方程？,13,谢谢你的关注,2019-10-31,例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分,基尔霍夫电流方程,：,结点,a,：,结点,b,：,独立方程只有 1 个,基尔霍夫电压方程,：,#1,#2,#3,独立方程只有 2 个,a,I,1,I,2,E,2,+,-,R,1,R,3,R,2,+,_,I,3,#1,#2,#3,b,E,1,网孔,网孔,14,谢谢你的关注,2019-10-31,基尔霍夫电流方程：结点a：结点b：独立方程只有 1 个基尔霍,思考题,1,列出,回路,方程与节点方程,15,谢谢你的关注,2019-10-31,思考题1列出回路方程与节点方程15谢谢你的关注2019-10,思考题,2,如图求,1,、,2,、,3,及,AB,16,谢谢你的关注,2019-10-31,思考题2如图求1、2、3及AB16谢谢你的关注201,电路中电位的计算,电位的概念：,零电位：计算电位的起点，,V,0,零电位的选择：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,。,17,谢谢你的关注,2019-10-31,电路中电位的计算 电位的概念：17谢谢你的关注2019-10,三、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。,18,谢谢你的关注,2019-10-31,三、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,1,实际电压源,实际电压源的定义,实际电压源的输出特性,理想电压源,19,谢谢你的关注,2019-10-31,1实际电压源实际电压源的定义19谢谢你的关注2019-10,2,实际电流源,实际电流源的定义,实际电流源的输出特性,理想电流源,20,谢谢你的关注,2019-10-31,2实际电流源实际电流源的定义20谢谢你的关注2019-10,3,电压源与电流源的等效,21,谢谢你的关注,2019-10-31,3电压源与电流源的等效21谢谢你的关注2019-10-31,四叠加原理（复杂电路分析方法）,在多个电源同时作用的,线性电路,(,电路参数不随电压、电流的变化而改变,),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用时所得结果的代数和。,+,B,I,2,R,1,I,1,E,1,R,2,A,E,2,I,3,R,3,+,_,+,_,原电路,I,2,R,1,I,1,R,2,A,B,E,2,I,3,R,3,+,_,E,2,单独作用,+,_,A,E,1,B,I,2,R,1,I,1,R,2,I,3,R,3,E1,单独作用,22,谢谢你的关注,2019-10-31,四叠加原理（复杂电路分析方法） 在多个电源同时,I,2,I,1,A,I,2,I,1,+,B,I,2,R,1,I,1,E,1,R,2,A,E,2,I,3,R,3,+,_,+,_,E,1,+,B,_,R,1,R,2,I,3,R,3,R,1,R,2,A,B,E,2,I,3,R,3,+,_,23,谢谢你的关注,2019-10-31,I2I1AI2I1+BI2R1I1E1R2AE2,例,+,-,10,I,4A,20V,10,10,用叠加原理求：,I= ?,I,=,2A,I,= -,1A,I = I+ I=,1A,+,10,I,4,A,10,10,+,-,10,I ,20V,10,10,解：,将电路分解后求解,24,谢谢你的关注,2019-10-31,例+-10I4A20V1010用叠加原理求：I= ?I,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、,电流的变化而改变）。,分解电路时只需保留一个电源，其余电源“,除源”：,即将,恒压源短路,，即令,E=0,；,恒流源开路,，即令,I,s,=0,。,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,路中各电压、电流的最后结果是,各分电压、分电,流的代数和。,=,+,25,谢谢你的关注,2019-10-31,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,4.,叠加原理只能用于电压或电流的计算，,不能用来,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,电路的电源个数可能不止一个。,设：,则：,I,3,R,3,=,+,26,谢谢你的关注,2019-10-31,4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来5. 运,五、戴维南定理,名词解释,：,无源二端网络：,二端网络中没有电源,有源二端网络：,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,相联，则该电路称为“二端网络”。,A,B,A,B,27,谢谢你的关注,2019-10-31,五、戴维南定理名词解释：无源二端网络：有源二端网络：二端网络,有源,二端网络,R,注意：“等效”是指对端口外等效,核心内容：,有源二端网络用电压源模型等效。,R,O,+,_,R,E,28,谢谢你的关注,2019-10-31,有源R注意：“等效”是指对端口外等效核心内容：有源二端网络用,等效电压源的内阻（,R,0,）等于有源二端网络除源后相应的无源二端网络的等效电阻。（除源：电压源短路，电流源断路）,等效电压源的电动势,（,E,）等于有源二端,网络的开路电压,U,0,；,有源,二端网络,R,有源,二端网络,A,B,相应的,无源,二端网络,A,B,A,B,E,R,0,+,_,R,A,B,29,谢谢你的关注,2019-10-31,等效电压源的内阻（R0）等于有源二端网络除源后相应的无源二端,已知：,R,1,=20,、,R,2,=30 ,R,3,=30 ,、,R,4,=20 ,E,=10V,求：当,R,5,=10 时，,I,5,=?,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,R,5,E,I,5,R,5,I,5,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,等效电路,有源二端网络,例,30,谢谢你的关注,2019-10-31,已知：R1=20 、 R2=30 R1R3+_R2R4,第一步：求开端电压,U,0,第二步：求输入电阻,R,0,U,0,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,A,B,C,D,C,R,0,R,1,R,3,R,2,R,4,A,B,D,=20,30 +30,20,=24,31,谢谢你的关注,2019-10-31,第一步：求开端电压U0第二步：求输入电阻 R0U0R1R3+,+,_,E,R,0,R,5,I,5,等效电路,R,5,I,5,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,32,谢谢你的关注,2019-10-31,+_ER0R5I5等效电路R5I5R1R3+_R2R4E32,第三步：求未知电流,I,5,+,_,E,R,0,R,5,I,5,E,=,U,0,= 2V,R,0,=24,时,33,谢谢你的关注,2019-10-31,第三步：求未知电流 I5+_ER0R5I5E = U0,求：,U,=?,4,4,50,5,33,A,B,1A,R,L,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,例,34,谢谢你的关注,2019-10-31,求：U=?4 4 505 33 AB1ARL+_8,第一步：求开端电压,U,0,。,_,+,4,4,50,A,B,+,_,8V,10V,C,D,E,U,0,1A,5,此值是所求,结果吗？,35,谢谢你的关注,2019-10-31,第一步：求开端电压U0。_+4 4 50AB+_8V1,第二步：,求输入电阻,R,0,。,R,0,4,4,50,5,A,B,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,0,4,4,50,5,36,谢谢你的关注,2019-10-31,第二步：R04 4 505 AB1A+_8V_+10,第二步：,求输入电阻,R,0,。,R,0,4,4,50,5,A,B,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,0,4,4,50,5,37,谢谢你的关注,2019-10-31,第二步：R04 4 505 AB1A+_8V_+10,第三步：求解未知电压,+,_,E,R,0,57,9V,33,38,谢谢你的关注,2019-10-31,第三步：求解未知电压+_ER0579V3338谢谢你,第二节电路的暂态过程,暂态过程：,是指电路中的电压（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。,39,谢谢你的关注,2019-10-31,第二节电路的暂态过程暂态过程：是指电路中的电压（或电流）从,1.,充电,充电回路方程：,40,谢谢你的关注,2019-10-31,1.充电充电回路方程：40谢谢你的关注2019-10-3,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,时间常数,对充电快慢的影响,充电电流大小表示,41,谢谢你的关注,2019-10-31,代入电流与电容的定义公式，再加上初始条件,2.,放电回路,放电回路方程：,对于电容器有,42,谢谢你的关注,2019-10-31,2.放电回路放电回路方程：对于电容器有42谢谢你的关注2,对于电容器初始条件有,t=0,时，,u,C,=E,电容放电时，得电压与电流分别为：,43,谢谢你的关注,2019-10-31,对于电容器初始条件有电容放电时，得电压与电流分别为：43谢谢,电容器充放电,flash,动画演示,44,谢谢你的关注,2019-10-31,电容器充放电flash动画演示44谢谢你的关注2019-10,第三节交流电路,几个名词：,直流电,(direct current ,DC),交流电,(alternate current,AC),正弦交流电,45,谢谢你的关注,2019-10-31,第三节交流电路几个名词：45谢谢你的关注2019-10-3,1.,正弦交流电,正弦交流电的函数表达式,46,谢谢你的关注,2019-10-31,1.正弦交流电正弦交流电的函数表达式46谢谢你的关注2019,交弦交流电的三要素：,幅值,U,m,角频,(,或频率）,（,f,）,初位相（,）,有效值与幅值之间的关系,47,谢谢你的关注,2019-10-31,交弦交流电的三要素：有效值与幅值之间的关系47谢谢你的关注2,2.RLC,在交流电路中的特性,2.1,纯电阻电路,48,谢谢你的关注,2019-10-31,2.RLC在交流电路中的特性2.1纯电阻电路48谢谢你的关注,结论：,电阻在交流电路中也符合欧姆定律。,i,与,u,同相位。,49,谢谢你的关注,2019-10-31,结论：电阻在交流电路中也符合欧姆定律。i与u同相位。49谢谢,2.2,纯电容电路,50,谢谢你的关注,2019-10-31,2.2纯电容电路50谢谢你的关注2019-10-31,结论：,电容用容抗,X,C,表示后，电容在交流电路中也符合欧姆定律。,i,比,u,超前,90,。,其中,称为容抗,51,谢谢你的关注,2019-10-31,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。,2.3,纯电感电路,52,谢谢你的关注,2019-10-31,2.3纯电感电路52谢谢你的关注2019-10-31,结论：,电感用感抗,X,L,表示后，在交流电路中也符合欧姆定律。,u,比,i,超前,90,。,其中,称为感抗,53,谢谢你的关注,2019-10-31,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,3.RLC,串联电路及其谐振,IR,IX,L,IX,C,O,I,U,X,L,IX,C,54,谢谢你的关注,2019-10-31,3.RLC串联电路及其谐振IRIXLIXCOIUXLIX,Z,：为交流电路的总阻抗,X,l,-X,c,：称为电抗。,3.,相位角,55,谢谢你的关注,2019-10-31,Z：为交流电路的总阻抗3.相位角55谢谢你的关注2019-1,名词：谐振,当,X,L,=X,C,时，,U,与,I,同相，电路呈纯电阻性。,Z,有最小值,R,。,谐振频率,特征：,Z=R,，且最小，,=0,，,U,L,与,U,C,反相。,56,谢谢你的关注,2019-10-31,名词：谐振谐振频率特征：Z=R，且最小，=0，UL与,4.RLC,并联电路及其谐振,I,C,I,L,O,U,C,I,L,57,谢谢你的关注,2019-10-31,4.RLC并联电路及其谐振ICILOUCIL57谢谢你的,谐振条件：,I,L,I,C,总电流：,谐振时，,I,0,，,Z,特征：,Z=,为最大，总电流为零。,58,谢谢你的关注,2019-10-31,谐振条件：ILIC总电流：谐振时，I0，Z特征：Z=,5.RC,串联电路,I,U,R,U,C,U,O,R,C,59,谢谢你的关注,2019-10-31,5.RC串联电路IURUCUORC59谢谢你的关注201,可见：总阻抗，分压比等都随频率而变化。,60,谢谢你的关注,2019-10-31,可见：总阻抗，分压比等都随频率而变化。60谢谢你的关注201,第四节常用滤波电路,滤波器（,filter,）,：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。,f,h,f,L,f,L,f,h,f,h,f,L,61,谢谢你的关注,2019-10-31,第四节常用滤波电路滤波器（filter）：就是一种使有用信,一、高通滤波器,u,i,u,o,高通典型电路,电压传输函数,62,谢谢你的关注,2019-10-31,一、高通滤波器uiuo高通典型电路电压传输函数62谢谢你,截止频率：,f,下降到原来的 时所对应的频率,f,L,f,L,1,T,f,f,0,63,谢谢你的关注,2019-10-31,截止频率：f下降到原来的 时所对应的频率fLfL1Tff,二、低通滤波器,u,o,u,i,低通典型电路,电压传输函数,上限截止频率,64,谢谢你的关注,2019-10-31,二、低通滤波器uoui低通典型电路电压传输函数上限截止频,f,H,1,T,f,f,0,低通滤波频率特性,65,谢谢你的关注,2019-10-31,fH1Tff0低通滤波频率特性65谢谢你的关注2019-10,三、带通滤波器,f,H,1,T,f,f,0,f,L,通频带,f,H,-f,L,66,谢谢你的关注,2019-10-31,三、带通滤波器fH1Tff0fL通频带fH-fL66谢谢你的,67,谢谢你的关注,2019-10-31,67谢谢你的关注2019-10-31,四、带阻滤波器,陷波频率,f,H,1,T,f,f,0,f,L,u,i,u,o,2C,68,谢谢你的关注,2019-10-31,四、带阻滤波器陷波频率fH1Tff0fLuiuo2C,