第四章-医用电子学-课件

第四章医用电子学1ppt课件第一节基本元器件

电阻——限制回路中的电流

电容——储存电能

电感

晶体管

场效应管

运算放大器2ppt课件一、电阻主要参数标称阻值及其误差额定功率——应略大于实际负荷功率电阻R1、R2串联，其串联等效电阻Ｒ电阻R1、R2并联，其并联等效电阻Ｒ电阻两端电压和流过电阻的电流同相位。3ppt课件二、电容容抗：电容在电路中表现出的阻力性质；与信号频率有关，频率越高，容抗越小。电容串联，总容量减小；电容并联，总容量增加。理想电容不消耗功率。通过电容电流的相位超前电容两端电压90°。4ppt课件三、电感感抗：电感在电路中表现出的阻力性质；与信号频率有关，频率越高，感抗越大。常见具有电感性质的元件：线圈、变压器、电磁铁。5ppt课件四、晶体管（一）半导体的导电特性本征半导体——晶体结构、纯净；导电能力弱。Ｐ型半导体：空穴是多数载流子。杂质半导体Ｎ型半导体：自由电子是多数载流子。6ppt课件四、晶体管（二）ＰＮ结Ｐ型半导体与Ｎ型结合，在交界面，Ｐ区中的空穴和Ｎ区中的自由电子复合，形成既无空穴也无自由电子的耗尽层（空间电荷区）。当多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运动达到动态平衡时，即形成了ＰＮ结。观看动画“ＰＮ结的形成”。7ppt课件四、晶体管（二）ＰＮ结在ＰＮ结两端外加正偏电压，ＰＮ结导通；在ＰＮ结两端外加反偏电压，ＰＮ结截止。ＰＮ结具有单向导电性。观看动画“ＰＮ结的单向导电性”。8ppt课件四、晶体管（三）二极管——由ＰＮ结构成。（四）稳压管——特殊二极管。正向特性Uth死区电压反向特性ISU(BR)反向击穿OuD/ViD/mA导通电压硅：0.7Ｖ;锗：0.2Ｖ。9ppt课件NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB四、晶体管10ppt课件三极管通过小的基极电流控制并得到大的集电极电流，即三极管具有电流放大作用。一般是mA级，而一般是µA级。

β反映了三极管的放大能力。四、晶体管11ppt课件iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB0，IC

0条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：条件：两个结正偏特点：IC

IB放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔四、晶体管12ppt课件六、运算放大器+VCC–VEEu+—同相端输入电压u-—反相端输入电压1)

u+

u–(虚短)2)i+

i–0(虚断)理想运放的线性特性：运放的电压放大倍数：13ppt课件第二节共发射极放大电路的基本分析、计算方法一、单管电路直流工作点、电压放大倍数的计算+VCCRcC1C2RL++Rb+ui+uo共发射极单管放大电路直流通路+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQ14ppt课件+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQ（一）直流工作点（静态工作点）的计算直流通路15ppt课件（二）电压放大倍数的计算RCRｂ+ui+uoRLibicrberbe:基极与发射极之间的电阻；16ppt课件uCE/ViC/mA41O23iB=10A20304050505Q直流负载线UCEQ交流负载线二、图解分析法+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQRCRｂ+ui+uoRLibicrbe取两点([VCC,0],[0,])作直流负载线；以为斜率，过Q点作交流负载线。17ppt课件第三节常用放大器的分析计算方法一、微变等效电路法三极管电路可当成双口网络来分析从输入端口看进去，相当于电阻rbe从输出端口看进去为一个受

ib

控制的电流源

ic

=

ib+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibicib+ube+uceBC18ppt课件一、微变等效电路法+VCCRcC1C2RL++Rb+ui+uo单管共发射极放大电路的微变等效电路+uoRbRLrbe

EibicibBCRc+ui19ppt课件二、多级放大电路的分析和计算Au1第一级Au2第二级Au1末级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii输入级中间级输出级RiRo=Au1·Au2

·

·

·

Aun总输入电阻是第一级放大电路的输入电阻；总输出电阻是最后一级放大电路的输出电阻。总电压放大倍数：20ppt课件三、波特图是对数频率特性曲线。幅频特性：横坐标为频率（Hz）、纵坐标为电压放大倍数的对数（dB);相频特性：横坐标为频率（Hz）、纵坐标是相角。21ppt课件四、差动放大电路的原理及主要性能指标V1VCCV2VEERCRCREEui1ui2uo共模信号：两个输入端信号幅值和相位都相同；差模信号：两个输入端信号幅值相等、相位相反；差动放大电路具有抑制共模干扰信号、放大差模信号的能力。用共模抑制比来表征此种能力。22ppt课件第四节放大电路中的反馈反馈—将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。2.信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入—开环—闭环输入输出放大电路反馈网络23ppt课件A+–比较环节基本放大电路F反馈网络一、负反馈和正反馈的概念正反馈—

反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。xi—输入信号(ii或ui)xi—输入信号(ii或ui)xid—

净输入信号(iid或

uid)xo—输出信号(io或

uo)xf—

反馈信号(if或

uf)24ppt课件二、四种负反馈组态和特性

判断串联反馈/并联反馈看放大电路的输入端，若反馈信号与放大电路的信号输入端直接相连，则为并联反馈；反之，为串联反馈。

判断电压反馈/电流反馈看放大电路的输出端，若反馈信号与放大电路的输出端直接相连，则为电压反馈；反之，为电流反馈。25ppt课件uo经Rf与R1分压反馈到输入回路，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。Rf直接与输出端相连，故为电压反馈。Rf没有与信号输入端直接相连，故为串联反馈。电压串联负反馈26ppt课件Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电压uid减小，为负反馈。反馈信号并未直接与输出端相连，故为电流反馈。反馈信号并未与信号输入端相连，故为串联反馈。电流串联负反馈27ppt课件Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。反馈信号直接与输出端相连，故为电压反馈。反馈信号直接与输入端相连，故为并联反馈。电压并联负反馈28ppt课件Rf

介于输入回路和输出回路，故有反馈。反馈使净输入电流iid减小，为负反馈。反馈信号并未直接与输出端相连，故为电流反馈。反馈信号直接与输入端相连

，故为并联反馈。电流并联负反馈29ppt课件三、深度负反馈的计算1.深度负反馈的特点：为深度负反馈放大电路。此时反馈信号近似等于输入信号，净输入信号近似为零。AF30ppt课件三、深度负反馈的计算对深度负反馈放大电路可得重要结论：基本放大电路的两输入端满足“虚短”、“虚断”。虚断虚短31ppt课件第五节运放电路一、常用运放电路虚断虚地R2=R1//Rf（一）反相比例运算电路平衡电阻Rif输入电阻Rif=R132ppt课件（二）同相比例运算电路Auf=1电压跟随器当R1=，Rf=0时，33ppt课件（三）差动比例运算电路uo=Rf/R1(uI2

uI1)取

R1=R1；Rf=Rf34ppt课件（四）积分电路=当uI=UI时，设uC(0)=0

时间常数

=

R1Cf35ppt课件二、求和电路（一）反相输入求和电路iF

i1+i2若Rf=R1=R2

则uO=

(uI1+uI2)36ppt课件（二）加减求和电路37ppt课件三、电压比较器8uIuO过零电压比较器OuIuOuI

<0uI

>0UOmax-UOmax38ppt课件第六节波形发生电路一、正弦波发生电路放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。基本结构：放大电路正反馈网络产生振荡的2个必要条件：幅值条件——本次输入信号的幅值大于上一次。相位条件——反馈信号和输入信号是同相位的。39ppt课件要得到单一频率的正弦波，还需要有选频网络。据此，可分类如下：正弦波振荡电路RC振荡电路；LC振荡电路；石英晶体振荡电路。一、正弦波发生电路40ppt课件(一）RC振荡电路RC••RC••f低f高41ppt课件8CR1RfRCR•••(一）RC振荡电路取则振荡频率电压放大倍数满足起振的幅度条件。42ppt课件(二）LC振荡电路在LC回路中，当对于某一频率的感抗和容抗正好相等时，回路产生谐振，此频率为谐振频率。LC振荡电路就是用LC谐振回路作为选频网络，与放大电路组成的适合高频振荡的振荡电路。LC+VCCVRERB1RB2CECB变压器反馈式振荡电路：容易起振，谐振频率43ppt课件(三）石英晶体振荡电路石英晶体具有压电效应。形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。44ppt课件石英晶体的固有频率由外形决定，一旦加工定型后，几乎不受外界环境因素的影响。石英晶体振荡器的输出频率具有高度的稳定性。+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×45ppt课件二、非正弦波发生电路（一）矩形波发生电路-UZ

uO

uCtUT+UT-UZR1C8R2R3UZuOR

滞回比较器

振荡周期46ppt课件（二）三角波发生电路由过零比较器和积分器构成。47ppt课件t起始时，对电容C充电，线性降低，也逐渐降低。当低于零时，过零比较器翻转，也变为负值。此时，对电容进行反向充电，线性升高，也逐渐升高。当高于零时，过零比较器又翻转，也变为正值。此时，又对电容进行充电，使线性升高。48ppt课件（三）锯齿波发生电路t调节可得到不同的锯齿波波形。49ppt课件第七节功率放大电路功率放大电路与电压放大电路的主要区别是：功放不仅要输出足够高的电压，还要输出足够大的电流。一、功率放大电路的特点对功放的主要要求：根据负载要求，提供足够的输出功率；具有较高的效率（静态电流尽可能小）；尽量减小失真。50ppt课件功放的三种状态甲类(=2)tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙类(=)tiCO

IcmICQ2甲乙类(

<<2)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙类工作状态失真大，静态电流为零，管耗小，效率高。甲乙类工作状态失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。51ppt课件电路特点：静态电流为零，属于乙类放大，效率高；三极管从截止转入放大的过渡期会产生交越失真。输入信号幅度越小，失真越明显。交越失真52ppt课件二、OTL功率放大电路RLR1+VCCVT1VD1uoui+CVD2R2RVT2主要优点：单电源供电。最大输出功率：输出最大功率时效率：53ppt课件三、OCL功率放大电路RLR1+VCCVT1VD1uouiVD2R2RVT2-VCC主要特点：正负双电源供电，省略了输出电容C。最大输出功率：输出最大功率时效率：54ppt课件第八节直流电源简单直流电源一般由变压器、整流电路、滤波电路组成。变压器将电网的交流电压变换成所需大小的交流电压；整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成单方向的脉动直流电压；滤波电路由电容、电感等储能元件构成，能将单方向脉动直流电压中的脉动成分滤掉，得到较平滑的直流电压。55ppt课件滤波整流稳压变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向脉动电压合适的交流电压滤波稳压组成框图56ppt课件一、整流电路（一）单相半波整流电路tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–57ppt课件（二）单相全波整流电路~220V+uｏ–RLu2iD1+uD1–+uD2–iD2uOtO23u2tO23tO23iO变压器需要两组绕组，二极管承受的最大反向电压较大。58ppt课件V3RLV4V2V1u1u2+uoioRLV4V3V2V1u2u1（三）单相桥式整流输入正半周输入负半周tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO+uo59ppt课件参数估算1)

整流输出电压平均值2)

二极管平均电流3)

二极管最大反向压totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO60ppt课件（四）倍压整流电路~220VRLu2iD1iD2倍压整流电路不仅可将交流电整流成直流电，而且能得到高出变压器次级电压若干倍的直流电压（倍压）。61ppt课件二、滤波电路io+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV导通时给C充电，V截止时C向RL

放电；滤波后

uo

的波形变得平缓，平均值提高。电容充电电容放电C（一）电容滤波电路62ppt课件OtuO2通常取

UO=1.2U2RL=为获得良好滤波效果，一般取：(T

为输入交流电压的周期)输出电压平均值UO的大小与电容C及负载R有关。当C的容量一定时，R越大，电容放电速度越慢，输出电压就越平滑，UO就越大。63ppt课件（二）RC-Ⅱ型滤波电路RC滤波与电容滤波相比，滤波效果更好。64ppt课件（三）LC-Ⅱ型滤波电路电感可以储存和释放磁场能，具有稳定电流的作用，所以LC-Ⅱ型滤波电路的各种性能都优于RC-Ⅱ型滤波电路。65ppt课件io+uoRLV1V4V3V2+u（四）电感滤波电路当电流变大时电感储存磁场能量，当电流变小时电感释放磁场能量，即电感具有阻止电流变化的特性，可以使脉动电流变得平滑，起到滤波作用。66ppt课件（五）LC滤波电路在电感滤波基础上，再加一级电容滤波，构成LC滤波电路。67ppt课件三、三端集成稳压器件CW7800

系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V输出电流78L

××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压例如：CW7805输出5V，最大电流1.5ACW78M05输出5V，最大电流0.5ACW78L05输出5V，最大电流0.1A68ppt课件封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符号CW7800++213CW790013_2_塑料封装金属封装312三、三端集成稳压器件69ppt课件开关调整管脉冲调制比较放大基准电压滤波电路采样电路四、开关型稳压电路优点：工作在截至和饱和状态，效率高(80%90%)体积小、重量轻稳压范围宽对电网要求不高缺点：电路复杂对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波70ppt课件五、可控硅可控硅（SCR）又称晶闸管，分单向和双向两种。单向可控硅像一个受控导通的二极管，当阳极和阴极间加有正电压，由控制极的控制信号触发导通。可控硅一旦导通，控制极就失去作用，要使可控硅关断必须使导通电流小于一定的数值。双向可控硅相当于两个单向可控硅反向并联，可以双向导通，并具有公共的控制极。单向SCR双向SCR71ppt课件第九节常用门电路和触发器一、常用门电路的逻辑功能（一）与门决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才发生。111YAB000001010若有0出0；若全1出1

逻辑表达式Y=A·B

或Y=AB72ppt课件（二）或门决定某一事件的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，该事件就发生。若有1出1若全0出0

000111YA

B101110逻辑表达式Y=A+B73ppt课件（三）非门决定某一事件的条件满足时，事件不发生；反之事件发生。AY0110Y=A

非门(NOTgate)

又称“反相器”

74ppt课件与非门(NAND)先与后非若有

0

出

1若全

1

出

0100011YA

B101110011或非门(NOR)先或后非若有

1

出

0若全

0

出

1100YA

B001010异或逻辑(Exclusive–OR)若相异出1若相同出0000011YAB10111075ppt课件二、常用触发器的性能基本特性(1)有两个稳定状态(简称稳态)，正好用来表示逻辑

0

和

1。(2)在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换

(称为状态的翻转)。输入信号消失后，新状态可长期保持下来，因此具有记忆功能，可存储二进制信息。

一个触发器可存储1位二进制数码76ppt课件RS触发器JK触发器D触发器QQSDRDSRQQJCPK77ppt课件第十节脉冲产生和整形电路