《医用电子学》医学影像学系电子电工教研室课件

《医用电子学》

蚌埠医学院医学影像学系

电子电工教研室1感谢您的观看2019年6月16为什么要学习这门课程？电路应用范围非常广泛，几乎遍布所有行业。

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：电子学促进医学的发展与深入，并为医学诊断与治疗提供丰富的手段。同时医学的发展又对电子学提出了更高的要求，刺激着电子学及相关知识的发展。2感谢您的观看2019年6月161.电路分析：在已知电路的结构、元件、参数的情况下，分析该电路的特点和功能.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：3感谢您的观看2019年6月16考核方式：理论考核闭卷笔试，占总成绩的50％，实验考核占总成绩的30％，实验报告与平时成绩占总成绩的20％。

本课程是电子类课程的基础，学时少，内容多，不能轻视。否则对后续课程的学习影响很大。4感谢您的观看2019年6月16参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.Multisim5感谢您的观看2019年6月16第一章电路基础6感谢您的观看2019年6月16电路的组成：电源、负载、中间环节1.1电路的概念举例1：手电筒电第一节直流电路7感谢您的观看2019年6月16电路模型电路模型：理想元件组成的电路电路中的物理量：电流、电阻、电压电流的定义：方向和大小电路中物理量的正方向：实际正方向和假设正方向8感谢您的观看2019年6月16电路中物理量的正方向9感谢您的观看2019年6月1610感谢您的观看2019年6月16解决方法在解题前先假设一个正方向，作为参考方向；根据电路的定理、定律，列出物理量之间相互关系的代数表达式；根据计算结果确定实际方向，如果计算结果为正数，则实际方向与假设方向一致；如果为负数，则与假设方向相反。11感谢您的观看2019年6月16

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的电路。（电路的每一个分支）三个名词注释(术语)：节点(Node)指三条及三条以上的支路汇总的地方称为节点。回路(Loop)指电路中的任一闭合路径。用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括电流定律(Kirchhoff’scurrentlaw,KCL)和电压定律(Kirchhoff’svoltagelaw,KVL)。12感谢您的观看2019年6月16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？13感谢您的观看2019年6月16对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。

KCL的依据：电流的连续性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，一个结点上电流的代数和为0。14感谢您的观看2019年6月16电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）I1+I2=I3I=0基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R例例15感谢您的观看2019年6月16

对电路中的任一回路，沿任意绕行方向的各段电压降的代数和等于零。即：1-2-2基尔霍夫电压定律（KVL）即：在任一回路的绕行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。E、U和IR与绕行方向相同为正，反之为负。16感谢您的观看2019年6月16例如：回路a-d-c-a或：注意：与绕行方向相同为正，相反为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-17感谢您的观看2019年6月16KVL也适合开口电路例E+_RabUabI18感谢您的观看2019年6月16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？19感谢您的观看2019年6月16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20感谢您的观看2019年6月16设：电路中有N个结点，B个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小结独立的结点电流方程有

(N-1)个独立的回路（网孔）电压方程有(B-N+1)个则：（一般为网孔个数）独立电流方程：１个独立电压方程：２个21感谢您的观看2019年6月161.3

理想电源元件理想电压源：指输出端的电压保持不变，变化的是输出电流(Idealvoltagesource)

恒压源22感谢您的观看2019年6月16理想电流源：指输出端的电流保持不变，变化的是输出电压

。(Idealcurrentsource)恒流源23感谢您的观看2019年6月16一、理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：（3）电源中的电流由外电路（负载）决定。IE+_abUab伏安特性IUabE（2）电源内阻为“RO=0”。（1）理想电压源的端电压恒定。（4）理想电压源不能短路，不能并联使用。24感谢您的观看2019年6月16恒压源中的电流由外电路（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：25感谢您的观看2019年6月16二、理想电流源（恒流源):RO=时的电流源特点：（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。26感谢您的观看2019年6月16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27感谢您的观看2019年6月16伏安特性1.电压源模型Ro越大斜率越大三、实际电源模型UIRO+-EIUEIRO28感谢您的观看2019年6月162.电流源模型ISRiabUabIIsUabI外特性

电流源模型RiRi越大特性越陡29感谢您的观看2019年6月16电压源串联：电流源并联：（电压源不能并联）（电流源不能串联）30感谢您的观看2019年6月16两种电源的相互等效31感谢您的观看2019年6月16两种电源的相互等效E=IS·R0’R0=R0’32感谢您的观看2019年6月161.4

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。解题思路：根据基氏定律，列节点电流和回路电压方程，然后联立求解。33感谢您的观看2019年6月16求：I1、I2

、I3

能否很快说出结果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3例例34感谢您的观看2019年6月161-5叠加原理（复杂电路分析方法）

(Superpositiontheorem)

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。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2单独作用+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1单独作用35感谢您的观看2019年6月16证明：BR1E1R2AE2I3R3+_+_（以I3为例）I2'I1'AI2''I1''+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2ABE2I3''R3+_令：36感谢您的观看2019年6月16I3'I3''令：ABR1E1R2E2I3R3+_+_其中:37感谢您的观看2019年6月16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38感谢您的观看2019年6月16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Is=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。=+39感谢您的观看2019年6月164.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：I3R3=+40感谢您的观看2019年6月161-6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：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。ABAB41感谢您的观看2019年6月16+_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42感谢您的观看2019年6月16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。

RO+_RE43感谢您的观看2019年6月16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U0；有源二端网络R有源二端网络AB相应的无源二端网络ABABER0+_RAB44感谢您的观看2019年6月16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45感谢您的观看2019年6月16第一步：求开端电压U0第二步：求输入电阻

R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD=2030+3020=2446感谢您的观看2019年6月16+_ER0R5I5等效电路R5I5R1R3+_R2R4E47感谢您的观看2019年6月16第三步：求未知电流I5+_ER0R5I5E

=U0

=2VR0=24时48感谢您的观看2019年6月16求：U=?4450533AB1ARL+_8V_+10VCDEU例49感谢您的观看2019年6月16第一步：求开端电压U0。_+4450AB+_8V10VCDEU01A5此值是所求结果吗？50感谢您的观看2019年6月16第二步：求输入电阻R0R044505AB1A+_8V_+10VCDEU04450551感谢您的观看2019年6月16+_ER0579V33Ｕ等效电路4450533AB1ARL+_8V+10VCDEU52感谢您的观看2019年6月16第三步：求解未知电压Ｕ+_ER0579V33Ｕ53感谢您的观看2019年6月16如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。

正弦交流电的优越性：便于传输；便于运算；有利于电器设备的运行；

.....第二节正弦交流电路(Sinusoidalalternatingcurrentcircuit)54感谢您的观看2019年6月16正弦交流电也有正方向,一般按正半周的方向假设。

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

正弦交流电的基本概念iuR三要素：频率(Frequency)f、幅值(Amplitude)Im、Um初相角(Initialphase)ψ55感谢您的观看2019年6月16周期(Period)T—正弦量变化一次所需的时间（单位：s）频率(Frequency)f—每秒正弦量变化的次数（单位：Hz）关系：f=1/T中国电力标准频率：50Hz美国：60Hz角频率：正弦量每秒转过的弧度(Angularfrequency)（一个周期的弧度为2）(单位：rad/s)一、频率与周期56感谢您的观看2019年6月16例已知：f=50Hz,求T和解：T=1/f=1/50=0.02s=20ms57感谢您的观看2019年6月16瞬时值(Instantaneousvalue)—正弦量任意瞬间的值（用i、u、e表示）幅值(Amplitude)—瞬时值之中的最大值（用Im、Um、Em表示）关系：有效值(Effectivevalue)—交流电“i”的大小等效于直流电“I”的热效应。热效应相当二、幅值和有效值58感谢您的观看2019年6月16有效值则为：其中：因此：59感谢您的观看2019年6月16同理有：例已知：其中求：U和t=0.1秒时的瞬时值解：60感谢您的观看2019年6月16：

t=0

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

相位差(Phasedifference)61感谢您的观看2019年6月16

两个同频率正弦量间的相位差φ(初相角)

t62感谢您的观看2019年6月16两种正弦信号的关系同相位落后于相位落后相位领先领先于与同相位63感谢您的观看2019年6月16

三相交流电路：三种电压初相位各差120。t64感谢您的观看2019年6月16瞬时值表达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

正弦波的表示方法：重点2.2正弦交流电的相量(Phasor)表示法65感谢您的观看2019年6月161.复数(Complexnumber)的表示形式①代数形式A=a(实)+jb(虚)其中：baAReIm0r由上图可知一、复习复数及其基本运算66感谢您的观看2019年6月16②三角形式③指数形式④极坐标形式（欧拉公式）q+q==q+q=qqsinjrcosrreAsinjcosejj67感谢您的观看2019年6月162.复数的基本运算（1）加、减设：；则：ReImBAA+BReImBAA-B-B（加）（减）68感谢您的观看2019年6月16（2）乘、除（乘）设：或：69感谢您的观看2019年6月16（除）70感谢您的观看2019年6月163.讨论（1）设：ReImrr为旋转因子71感谢您的观看2019年6月16（2）由欧拉公式可知注意：j、-j、-1都是旋转因子72感谢您的观看2019年6月16

概念：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。

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、正弦波的相量表示法73感谢您的观看2019年6月16

3.相量符号

包含幅度与相位的信息。有效值1.描述正弦量的有向线段称为相量。若其幅度用最大值表示，则用符号：最大值相量的书写方式2.在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：74感谢您的观看2019年6月16

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：75感谢您的观看2019年6月16同频率正弦波的相量画在一起，构成相量图。例2：同频率正弦波相加--平行四边形法则76感谢您的观看2019年6月16注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。新问题提出：平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。故引入相量的复数运算法。

相量

复数表示法复数运算

77感谢您的观看2019年6月16相量的复数表示ab+1将复数放到复平面上，可如下表示：78感谢您的观看2019年6月16欧拉公式

代数式

指数式

极坐标形式abq+q=qsinjcosej79感谢您的观看2019年6月16

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80感谢您的观看2019年6月16解：例1:已知瞬时值，求相量。已知:

求：

i、u

的相量81感谢您的观看2019年6月16220100AV相量图82感谢您的观看2019年6月16求：例2：已知相量，求瞬时值。

已知：两个频率都为

1000Hz的正弦电流其相量形式为：解：83感谢您的观看2019年6月16提示计算相量的相位角时，要注意所在象限。如：84感谢您的观看2019年6月16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85感谢您的观看2019年6月16正误判断？瞬时值复数86感谢您的观看2019年6月16

uiR根据欧姆定律

设则一、电阻元件的交流电路87感谢您的观看2019年6月161.频率相同2.相位相同3.

有效值关系：电阻电路中电流、电压的关系4.

相量关系：设

则

或88感谢您的观看2019年6月16二、电感元件的交流电路三、电容元件的交流电路自学内容89感谢您的观看2019年6月16单一参数正弦交流电路的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基本关系90感谢您的观看2019年6月16第三节暂态电路1.暂态电路的微积分求解：指按照基尔霍夫第二定律展开的电压微积方程，利用微分方程的数学性质来求解ERSRL+-C12IcIc91感谢您的观看2019年6月162.暂态电路的