医用电子学专题知识培训

医用电子学专题知识培训医用电子学专题知识培训第1页为何要学习这门课程？电路应用范围非常广泛，几乎遍布全部行业。

医疗仪器：X线机、普通CT机、发射计算机体层成像(ECT)、核磁共振(MRI)、数字减影血管造影(DSA)、多普勒仪、内窥镜系统、超声成像系统、Ύ-闪烁成像系统、单光子发射计算机体层成像系统、正电子发射体层成像系统、化疗仪等等，都要用到电子技术。电子与医学关系：电子学促进医学发展与深入，并为医学诊疗与治疗提供丰富伎俩。同时医学发展又对电子学提出了更高要求，刺激着电子学及相关知识发展。医用电子学专题知识培训第2页1.电路分析：在已知电路结构、元件、参数情况下，分析该电路特点和功效.主要教学内容:2.模拟电路：电子元器件电子电路及其应用二极管三极管集成电路……放大滤波电源……3.数字电路：医用电子学专题知识培训第3页考评方式：理论考评闭卷笔试，占总成绩50％，试验考评占总成绩30％，试验汇报与平时成绩占总成绩20％。

本课程是电子类课程基础，课时少，内容多，不能轻视。不然对后续课程学习影响很大。医用电子学专题知识培训第4页参考教材及软件参考教材：1.秦曾煌.电工学.高教2.电路分析.高教3.华成英,童诗白.模拟电子技术基础.高教软件：1.Pspice2.Multisim医用电子学专题知识培训第5页第一章电路基础医用电子学专题知识培训第6页电路组成：电源、负载、中间步骤1.1电路概念举例1：手电筒电第一节直流电路医用电子学专题知识培训第7页电路模型电路模型：理想元件组成电路电路中物理量：电流、电阻、电压电流定义：方向和大小电路中物理量正方向：实际正方向和假设正方向医用电子学专题知识培训第8页电路中物理量正方向医用电子学专题知识培训第9页医用电子学专题知识培训第10页处理方法在解题前先假设一个正方向，作为参考方向；依据电路定理、定律，列出物理量之间相互关系代数表示式；依据计算结果确定实际方向，假如计算结果为正数，则实际方向与假设方向一致；假如为负数，则与假设方向相反。医用电子学专题知识培训第11页

1.2基尔霍夫定律支路(Branch)指在电路中流经一系列电子元件时电流保持不变电路。（电路每一个分支）三个名词注释(术语)：节点(Node)指三条及三条以上支路汇总地方称为节点。回路(Loop)指电路中任一闭合路径。用来描述电路中各个别电压或各个别电流间关系,其中包含电流定律(Kirchhoff’scurrentlaw,KCL)和电压定律(Kirchhoff’svoltagelaw,KVL)。医用电子学专题知识培训第12页支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）结点：a、b、…...(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路？结点？回路？医用电子学专题知识培训第13页对任何结点，在任一瞬间，流入结点电流等于由结点流出电流。

KCL依据：电流连续性I=0即：I1I2I3I4例或：1-2-1基尔霍夫电流定律（KCL)I入=I出

即：设：流入结点为正，流出结点为负。在任一瞬间，一个结点上电流代数和为0。医用电子学专题知识培训第14页电流定律还能够扩展到电路任意封闭面（广义结点）I1+I2=I3I=0基氏电流定律扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R例例医用电子学专题知识培训第15页

对电路中任一回路，沿任意绕行方向各段电压降代数和等于零。即：1-2-2基尔霍夫电压定律（KVL）即：在任一回路绕行方向上，电动势代数和等于电阻上电压降代数和。E、U和IR与绕行方向相同为正，反之为负。医用电子学专题知识培训第16页比如：回路a-d-c-a或：注意：与绕行方向相同为正，相反为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-医用电子学专题知识培训第17页KVL也适合开口电路例E+_RabUabI医用电子学专题知识培训第18页例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？医用电子学专题知识培训第19页基尔霍夫电流方程：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aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔医用电子学专题知识培训第20页设：电路中有N个结点，B个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小结独立结点电流方程有

(N-1)个独立回路（网孔）电压方程有(B-N+1)个则：（普通为网孔个数）独立电流方程：１个独立电压方程：２个医用电子学专题知识培训第21页1.3

理想电源元件理想电压源：指输出端电压保持不变，改变是输出电流(Idealvoltagesource)

恒压源医用电子学专题知识培训第22页理想电流源：指输出端电流保持不变，改变是输出电压

。(Idealcurrentsource)恒流源医用电子学专题知识培训第23页一、理想电压源（恒压源）:RO=0时电压源.特点：（3）电源中电流由外电路（负载）决定。IE+_abUab伏安特征IUabE（2）电源内阻为“RO=0”。（1）理想电压源端电压恒定。（4）理想电压源不能短路，不能并联使用。医用电子学专题知识培训第24页恒压源中电流由外电路（负载）决定设:

E=10VIE+_abUab2R1当R1

R2

同时接入时：I=10AR22例

当R1接入时：I=5A则：医用电子学专题知识培训第25页二、理想电流源（恒流源):RO=时电流源特点：（1）输出电流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性（3）输出电压由外电路决定。（2）理想电流源内阻为无穷大（RO=

）。（4）理想电流源不能开路，不能串联使用。医用电子学专题知识培训第26页恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:

IS=1A

R=10

时，U=10

V

R=1

时，U=1

V则:例医用电子学专题知识培训第27页伏安特征1.电压源模型Ro越大斜率越大三、实际电源模型UIRO+-EIUEIRO医用电子学专题知识培训第28页2.电流源模型ISRiabUabIIsUabI外特征

电流源模型RiRi越大特征越陡医用电子学专题知识培训第29页电压源串联：电流源并联：（电压源不能并联）（电流源不能串联）医用电子学专题知识培训第30页两种电源相互等效医用电子学专题知识培训第31页两种电源相互等效E=IS·R0’R0=R0’医用电子学专题知识培训第32页1.4

支路电流法（复杂电路分析方法）

(Branchcurrentmethod)

以各支路电流为未知量，应用KCL和KVL列出独立电流、电压方程联立求解各支路电流。解题思绪：依据基氏定律，列节点电流和回路电压方程，然后联立求解。医用电子学专题知识培训第33页求：I1、I2

、I3

能否很快说出结果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3例例医用电子学专题知识培训第34页1-5叠加原理（复杂电路分析方法）

(Superpositiontheorem)

在多个电源同时作用线性电路(电路参数不随电压、电流改变而改变)中，任何支路电流或任意两点间电压，都是各个电源单独作用时所得结果代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2单独作用+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1单独作用医用电子学专题知识培训第35页证实：BR1E1R2AE2I3R3+_+_（以I3为例）I2'I1'AI2''I1''+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2ABE2I3''R3+_令：医用电子学专题知识培训第36页I3'I3''令：ABR1E1R2E2I3R3+_+_其中:医用电子学专题知识培训第37页例+-10I4A20V1010用叠加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I´4A1010+-10I"20V1010解：将电路分解后求解医用电子学专题知识培训第38页应用叠加定理要注意问题1.叠加定理只适合用于线性电路（电路参数不随电压、电流改变而改变）。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Is=0。电路其余结构和参数不变，3.解题时要标明各支路电流、电压正方向。原电路中各电压、电流最终结果是各分电压、分电流代数和。=+医用电子学专题知识培训第39页4.叠加原理只能用于电压或电流计算，不能用来求功率。如：5.利用叠加定理时也能够把电源分组求解，每个分电路电源个数可能不止一个。

设：则：I3R3=+医用电子学专题知识培训第40页1-6戴维南定理

(Thevenin’stheorem)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：若一个电路只经过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。ABAB医用电子学专题知识培训第41页+_ER0ababRab无源二端网络

电压源（戴维宁定理）

电流源（诺顿定理）ab有源二端网络abISR0无源二端网络可化简为一个电阻有源二端网络可化简为一个电源医用电子学专题知识培训第42页有源二端网络R注意：“等效”是指对端口外等效关键内容：有源二端网络用电压源模型等效。

RO+_RE医用电子学专题知识培训第43页等效电压源内阻（R0）等于有源二端网络除源后对应无源二端网络等效电阻。（除源：电压源短路，电流源断路）等效电压源电动势（E）等于有源二端网络开路电压U0；有源二端网络R有源二端网络AB对应无源二端网络ABABER0+_RAB医用电子学专题知识培训第44页已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：当R5=10时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效电路有源二端网络例医用电子学专题知识培训第45页第一步：求开端电压U0第二步：求输入电阻

R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD=2030+3020=24医用电子学专题知识培训第46页+_ER0R5I5等效电路R5I5R1R3+_R2R4E医用电子学专题知识培训第47页第三步：求未知电流I5+_ER0R5I5E

=U0

=2VR0=24时医用电子学专题知识培训第48页求：U=?4450533AB1ARL+_8V_+10VCDEU例医用电子学专题知识培训第49页第一步：求开端电压U0。_+4450AB+_8V10VCDEU01A5此值是所求结果吗？医用电子学专题知识培训第50页第二步：求输入电阻R0R044505AB1A+_8V_+10VCDEU044505医用电子学专题知识培训第51页+_ER0579V33Ｕ等效电路4450533AB1ARL+_8V+10VCDEU医用电子学专题知识培训第52页第三步：求解未知电压Ｕ+_ER0579V33Ｕ医用电子学专题知识培训第53页假如在电路中电动势大小与方向均随时间按正弦规律改变，由此产生电流、电压大小和方向也是正弦，这么电路称为正弦交流电路。

正弦交流电优越性：便于传输；便于运算；有利于电器设备运行；

.....第二节正弦交流电路(Sinusoidalalternatingcurrentcircuit)医用电子学专题知识培训第54页正弦交流电也有正方向,普通按正半周方向假设。

实际方向和假设方向一致(正半周)实际方向和假设方向相反ti2.1

正弦交流电基础概念iuR三要素：频率(Frequency)f、幅值(Amplitude)Im、Um

初相角(Initialphase)ψ医用电子学专题知识培训第55页周期(Period)T—正弦量改变一次所需时间（单位：s）频率(Frequency)f—每秒正弦量改变次数（单位：Hz）关系：f=1/T中国电力标准频率：50Hz美国：60Hz角频率：正弦量每秒转过弧度(Angularfrequency)（一个周期弧度为2）(单位：rad/s)一、频率与周期医用电子学专题知识培训第56页例已知：f=50Hz,求T和解：T=1/f=1/50=0.02s=20ms医用电子学专题知识培训第57页瞬时值(Instantaneousvalue)—正弦量任意瞬间值（用i、u、e表示）幅值(Amplitude)—瞬时值之中最大值（用Im、

Um、Em表示）关系：有效值(Effectivevalue)—交流电“i”大小等效于直流电“I”热效应。热效应相当二、幅值和有效值医用电子学专题知识培训第58页有效值则为：其中：所以：医用电子学专题知识培训第59页同理有：例已知：其中求：U和t=0.1秒时瞬时值解：医用电子学专题知识培训第60页：

t=0

时相位，称为初相位或初相角。i：正弦波相位角或相位三、初相角(Initialphaseangle)

相位差(Phasedifference)医用电子学专题知识培训第61页

两个同频率正弦量间相位差φ(初相角)

t医用电子学专题知识培训第62页两种正弦信号关系同相位落后于相位落后相位领先领先于与同相位医用电子学专题知识培训第63页

三相交流电路：三种电压初相位各差120。t医用电子学专题知识培训第64页瞬时值表示式相量必须小写前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图i

正弦波表示方法：重点2.2正弦交流电相量(Phasor)表示法医用电子学专题知识培训第65页1.复数(Complexnumber)表示形式①代数形式A=a(实)+jb(虚)其中：baAReIm0r由上图可知一、复习复数及其基础运算医用电子学专题知识培训第66页②三角形式③指数形式④极坐标形式（欧拉公式）q+q==q+q=qqsinjrcosrreAsinjcosejj医用电子学专题知识培训第67页2.复数基础运算（1）加、减设：；则：ReImBAA+BReImBAA-B-B（加）（减）医用电子学专题知识培训第68页（2）乘、除（乘）设：或：医用电子学专题知识培训第69页（除）医用电子学专题知识培训第70页3.讨论（1）设：ReImrr为旋转因子医用电子学专题知识培训第71页（2）由欧拉公式可知注意：j、-j、-1都是旋转因子医用电子学专题知识培训第72页

概念：一个正弦量瞬时值能够用一个旋转有向线段在纵轴上投影值来表示。

矢量长度

=

矢量与横轴夹角

=

初相位ω矢量以角速度

按逆时针方向旋转ω二、正弦波相量表示法医用电子学专题知识培训第73页

3.相量符号

包含幅度与相位信息。有效值1.描述正弦量有向线段称为相量。若其幅度用最大值表示，则用符号：最大值相量书写方式2.在实际应用中，幅度更多采取有效值，则用符号：医用电子学专题知识培训第74页

落后于领先

落后？例1：将u1、u2

用相量表示

相位：幅度：相量大小设：医用电子学专题知识培训第75页同频率正弦波相量画在一起，组成相量图。例2：同频率正弦波相加--平行四边形法则医用电子学专题知识培训第76页注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能够。2.只有同频率正弦量才能画在一张相量图上，不一样频率不行。新问题提出：平行四边形法则能够用于相量运算，但不方便。故引入相量复数运算法。

相量

复数表示法复数运算

医用电子学专题知识培训第77页相量复数表示ab+1将复数放到复平面上，可以下表示：医用电子学专题知识培训第78页欧拉公式

代数式

指数式

极坐标形式abq+q=qsinjcosej医用电子学专题知识培训第79页

在第一象限设a、b为正实数在第二象限在第三象限在第四象限医用电子学专题知识培训第80页解：例1:已知瞬时值，求相量。已知:

求：

i

、u

相量医用电子学专题知识培训第81页220100AV相量图医用电子学专题知识培训第82页求：例2：已知相量，求瞬时值。

已知：两个频率都为

1000Hz正弦电流其相量形式为：解：医用电子学专题知识培训第83页提醒计算相量相位角时，要注意所在象限。如：医用电子学专题知识培训第84页符号说明瞬时值

---小写u、i有效值

---大写U、I复数、相量

---大写

+“.”最大值

---大写+下标医用电子学专题知识培训第85页正误判断？瞬时值复数医用电子学专题知识培训第86页

uiR依据欧姆定律

设则一、电阻元件交流电路医用电子学专题知识培训第87页1.频率相同2.相位相同3.

有效值关系：电阻电路中电流、电压关系4.

相量关系：设

则

或医用电子学专题知识培训第88页二、电感元件交流电路三、电容元件交流电路自学内容医用电子学专题知识培训第89页单一参数正弦交流电路分析计算小结电路参数电路图（正方向）复数阻抗电压、电流关系瞬时值有效值相量图相量式功率有功功率无功功率Riu设则u、i

同相0LiuCiu设则设则u领先i90°u落后i90°00基础关系医用电子学专题知识培训第90页第三节暂态电路1.暂态电路微积分求解：指按照基尔霍夫第二定律展开电压微积方程，利用微分方程数学性质来求