醫(yī)用電子學專題知識培訓

醫(yī)用電子學專題知識培訓醫(yī)用電子學專題知識培訓第1頁為何要學習這門課程？電路應用范圍非常廣泛，幾乎遍布全部行業(yè)。

醫(yī)療儀器：X線機、普通CT機、發(fā)射計算機體層成像(ECT)、核磁共振(MRI)、數(shù)字減影血管造影(DSA)、多普勒儀、內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、超聲成像系統(tǒng)、?-閃爍成像系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算機體層成像系統(tǒng)、正電子發(fā)射體層成像系統(tǒng)、化療儀等等，都要用到電子技術。電子與醫(yī)學關系：電子學促進醫(yī)學發(fā)展與深入，并為醫(yī)學診療與治療提供豐富伎倆。同時醫(yī)學發(fā)展又對電子學提出了更高要求，刺激著電子學及相關知識發(fā)展。醫(yī)用電子學專題知識培訓第2頁1.電路分析：在已知電路結(jié)構、元件、參數(shù)情況下，分析該電路特點和功效.主要教學內(nèi)容:2.模擬電路：電子元器件電子電路及其應用二極管三極管集成電路……放大濾波電源……3.數(shù)字電路：醫(yī)用電子學專題知識培訓第3頁考評方式：理論考評閉卷筆試，占總成績50％，試驗考評占總成績30％，試驗匯報與平時成績占總成績20％。

本課程是電子類課程基礎，課時少，內(nèi)容多，不能輕視。不然對后續(xù)課程學習影響很大。醫(yī)用電子學專題知識培訓第4頁參考教材及軟件參考教材：1.秦曾煌.電工學.高教2.電路分析.高教3.華成英,童詩白.模擬電子技術基礎.高教軟件：1.Pspice2.Multisim醫(yī)用電子學專題知識培訓第5頁第一章電路基礎醫(yī)用電子學專題知識培訓第6頁電路組成：電源、負載、中間步驟1.1電路概念舉例1：手電筒電第一節(jié)直流電路醫(yī)用電子學專題知識培訓第7頁電路模型電路模型：理想元件組成電路電路中物理量：電流、電阻、電壓電流定義：方向和大小電路中物理量正方向：實際正方向和假設正方向醫(yī)用電子學專題知識培訓第8頁電路中物理量正方向醫(yī)用電子學專題知識培訓第9頁醫(yī)用電子學專題知識培訓第10頁處理方法在解題前先假設一個正方向，作為參考方向；依據(jù)電路定理、定律，列出物理量之間相互關系代數(shù)表示式；依據(jù)計算結(jié)果確定實際方向，假如計算結(jié)果為正數(shù)，則實際方向與假設方向一致；假如為負數(shù)，則與假設方向相反。醫(yī)用電子學專題知識培訓第11頁

1.2基爾霍夫定律支路(Branch)指在電路中流經(jīng)一系列電子元件時電流保持不變電路。（電路每一個分支）三個名詞注釋(術語)：節(jié)點(Node)指三條及三條以上支路匯總地方稱為節(jié)點?；芈?Loop)指電路中任一閉合路徑。用來描述電路中各個別電壓或各個別電流間關系,其中包含電流定律(Kirchhoff’scurrentlaw,KCL)和電壓定律(Kirchhoff’svoltagelaw,KVL)。醫(yī)用電子學專題知識培訓第12頁支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）結(jié)點：a、b、…...(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路？結(jié)點？回路？醫(yī)用電子學專題知識培訓第13頁對任何結(jié)點，在任一瞬間，流入結(jié)點電流等于由結(jié)點流出電流。

KCL依據(jù)：電流連續(xù)性I=0即：I1I2I3I4例或：1-2-1基爾霍夫電流定律（KCL)I入=I出

即：設：流入結(jié)點為正，流出結(jié)點為負。在任一瞬間，一個結(jié)點上電流代數(shù)和為0。醫(yī)用電子學專題知識培訓第14頁電流定律還能夠擴展到電路任意封閉面（廣義結(jié)點）I1+I2=I3I=0基氏電流定律擴展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R例例醫(yī)用電子學專題知識培訓第15頁

對電路中任一回路，沿任意繞行方向各段電壓降代數(shù)和等于零。即：1-2-2基爾霍夫電壓定律（KVL）即：在任一回路繞行方向上，電動勢代數(shù)和等于電阻上電壓降代數(shù)和。E、U和IR與繞行方向相同為正，反之為負。醫(yī)用電子學專題知識培訓第16頁比如：回路a-d-c-a或：注意：與繞行方向相同為正，相反為負。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-醫(yī)用電子學專題知識培訓第17頁KVL也適合開口電路例E+_RabUabI醫(yī)用電子學專題知識培訓第18頁例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下電路中應列幾個電流方程？幾個電壓方程？醫(yī)用電子學專題知識培訓第19頁基爾霍夫電流方程：結(jié)點a：結(jié)點b：獨立方程只有1個基爾霍夫電壓方程：#1#2#3獨立方程只有2個aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1網(wǎng)孔網(wǎng)孔醫(yī)用電子學專題知識培訓第20頁設：電路中有N個結(jié)點，B個支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小結(jié)獨立結(jié)點電流方程有

(N-1)個獨立回路（網(wǎng)孔）電壓方程有(B-N+1)個則：（普通為網(wǎng)孔個數(shù)）獨立電流方程：１個獨立電壓方程：２個醫(yī)用電子學專題知識培訓第21頁1.3

理想電源元件理想電壓源：指輸出端電壓保持不變，改變是輸出電流(Idealvoltagesource)

恒壓源醫(yī)用電子學專題知識培訓第22頁理想電流源：指輸出端電流保持不變，改變是輸出電壓

。(Idealcurrentsource)恒流源醫(yī)用電子學專題知識培訓第23頁一、理想電壓源（恒壓源）:RO=0時電壓源.特點：（3）電源中電流由外電路（負載）決定。IE+_abUab伏安特征IUabE（2）電源內(nèi)阻為“RO=0”。（1）理想電壓源端電壓恒定。（4）理想電壓源不能短路，不能并聯(lián)使用。醫(yī)用電子學專題知識培訓第24頁恒壓源中電流由外電路（負載）決定設:

E=10VIE+_abUab2R1當R1

R2

同時接入時：I=10AR22例

當R1接入時：I=5A則：醫(yī)用電子學專題知識培訓第25頁二、理想電流源（恒流源):RO=時電流源特點：（1）輸出電流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性（3）輸出電壓由外電路決定。（2）理想電流源內(nèi)阻為無窮大（RO=

）。（4）理想電流源不能開路，不能串聯(lián)使用。醫(yī)用電子學專題知識培訓第26頁恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設:

IS=1A

R=10

時，U=10

V

R=1

時，U=1

V則:例醫(yī)用電子學專題知識培訓第27頁伏安特征1.電壓源模型Ro越大斜率越大三、實際電源模型UIRO+-EIUEIRO醫(yī)用電子學專題知識培訓第28頁2.電流源模型ISRiabUabIIsUabI外特征

電流源模型RiRi越大特征越陡醫(yī)用電子學專題知識培訓第29頁電壓源串聯(lián)：電流源并聯(lián)：（電壓源不能并聯(lián)）（電流源不能串聯(lián)）醫(yī)用電子學專題知識培訓第30頁兩種電源相互等效醫(yī)用電子學專題知識培訓第31頁兩種電源相互等效E=IS·R0’R0=R0’醫(yī)用電子學專題知識培訓第32頁1.4

支路電流法（復雜電路分析方法）

(Branchcurrentmethod)

以各支路電流為未知量，應用KCL和KVL列出獨立電流、電壓方程聯(lián)立求解各支路電流。解題思緒：依據(jù)基氏定律，列節(jié)點電流和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解。醫(yī)用電子學專題知識培訓第33頁求：I1、I2

、I3

能否很快說出結(jié)果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3例例醫(yī)用電子學專題知識培訓第34頁1-5疊加原理（復雜電路分析方法）

(Superpositiontheorem)

在多個電源同時作用線性電路(電路參數(shù)不隨電壓、電流改變而改變)中，任何支路電流或任意兩點間電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果代數(shù)和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原電路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2單獨作用+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1單獨作用醫(yī)用電子學專題知識培訓第35頁證實：BR1E1R2AE2I3R3+_+_（以I3為例）I2'I1'AI2''I1''+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2ABE2I3''R3+_令：醫(yī)用電子學專題知識培訓第36頁I3'I3''令：ABR1E1R2E2I3R3+_+_其中:醫(yī)用電子學專題知識培訓第37頁例+-10I4A20V1010用疊加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I′4A1010+-10I"20V1010解：將電路分解后求解醫(yī)用電子學專題知識培訓第38頁應用疊加定理要注意問題1.疊加定理只適合用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流改變而改變）。分解電路時只需保留一個電源，其余電源“除源”：即將恒壓源短路，即令E=0；恒流源開路，即令Is=0。電路其余結(jié)構和參數(shù)不變，3.解題時要標明各支路電流、電壓正方向。原電路中各電壓、電流最終結(jié)果是各分電壓、分電流代數(shù)和。=+醫(yī)用電子學專題知識培訓第39頁4.疊加原理只能用于電壓或電流計算，不能用來求功率。如：5.利用疊加定理時也能夠把電源分組求解，每個分電路電源個數(shù)可能不止一個。

設：則：I3R3=+醫(yī)用電子學專題知識培訓第40頁1-6戴維南定理

(Thevenin’stheorem)名詞解釋：無源二端網(wǎng)絡：

二端網(wǎng)絡中沒有電源有源二端網(wǎng)絡：

二端網(wǎng)絡中含有電源二端網(wǎng)絡：若一個電路只經(jīng)過兩個輸出端與外電路相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡”。ABAB醫(yī)用電子學專題知識培訓第41頁+_ER0ababRab無源二端網(wǎng)絡

電壓源（戴維寧定理）

電流源（諾頓定理）ab有源二端網(wǎng)絡abISR0無源二端網(wǎng)絡可化簡為一個電阻有源二端網(wǎng)絡可化簡為一個電源醫(yī)用電子學專題知識培訓第42頁有源二端網(wǎng)絡R注意：“等效”是指對端口外等效關鍵內(nèi)容：有源二端網(wǎng)絡用電壓源模型等效。

RO+_RE醫(yī)用電子學專題知識培訓第43頁等效電壓源內(nèi)阻（R0）等于有源二端網(wǎng)絡除源后對應無源二端網(wǎng)絡等效電阻。（除源：電壓源短路，電流源斷路）等效電壓源電動勢（E）等于有源二端網(wǎng)絡開路電壓U0；有源二端網(wǎng)絡R有源二端網(wǎng)絡AB對應無源二端網(wǎng)絡ABABER0+_RAB醫(yī)用電子學專題知識培訓第44頁已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：當R5=10時，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效電路有源二端網(wǎng)絡例醫(yī)用電子學專題知識培訓第45頁第一步：求開端電壓U0第二步：求輸入電阻

R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD=2030+3020=24醫(yī)用電子學專題知識培訓第46頁+_ER0R5I5等效電路R5I5R1R3+_R2R4E醫(yī)用電子學專題知識培訓第47頁第三步：求未知電流I5+_ER0R5I5E

=U0

=2VR0=24時醫(yī)用電子學專題知識培訓第48頁求：U=?4450533AB1ARL+_8V_+10VCDEU例醫(yī)用電子學專題知識培訓第49頁第一步：求開端電壓U0。_+4450AB+_8V10VCDEU01A5此值是所求結(jié)果嗎？醫(yī)用電子學專題知識培訓第50頁第二步：求輸入電阻R0R044505AB1A+_8V_+10VCDEU044505醫(yī)用電子學專題知識培訓第51頁+_ER0579V33Ｕ等效電路4450533AB1ARL+_8V+10VCDEU醫(yī)用電子學專題知識培訓第52頁第三步：求解未知電壓Ｕ+_ER0579V33Ｕ醫(yī)用電子學專題知識培訓第53頁假如在電路中電動勢大小與方向均隨時間按正弦規(guī)律改變，由此產(chǎn)生電流、電壓大小和方向也是正弦，這么電路稱為正弦交流電路。

正弦交流電優(yōu)越性：便于傳輸；便于運算；有利于電器設備運行；

.....第二節(jié)正弦交流電路(Sinusoidalalternatingcurrentcircuit)醫(yī)用電子學專題知識培訓第54頁正弦交流電也有正方向,普通按正半周方向假設。

實際方向和假設方向一致(正半周)實際方向和假設方向相反ti2.1

正弦交流電基礎概念iuR三要素：頻率(Frequency)f、幅值(Amplitude)Im、Um

初相角(Initialphase)ψ醫(yī)用電子學專題知識培訓第55頁周期(Period)T—正弦量改變一次所需時間（單位：s）頻率(Frequency)f—每秒正弦量改變次數(shù)（單位：Hz）關系：f=1/T中國電力標準頻率：50Hz美國：60Hz角頻率：正弦量每秒轉(zhuǎn)過弧度(Angularfrequency)（一個周期弧度為2）(單位：rad/s)一、頻率與周期醫(yī)用電子學專題知識培訓第56頁例已知：f=50Hz,求T和解：T=1/f=1/50=0.02s=20ms醫(yī)用電子學專題知識培訓第57頁瞬時值(Instantaneousvalue)—正弦量任意瞬間值（用i、u、e表示）幅值(Amplitude)—瞬時值之中最大值（用Im、

Um、Em表示）關系：有效值(Effectivevalue)—交流電“i”大小等效于直流電“I”熱效應。熱效應相當二、幅值和有效值醫(yī)用電子學專題知識培訓第58頁有效值則為：其中：所以：醫(yī)用電子學專題知識培訓第59頁同理有：例已知：其中求：U和t=0.1秒時瞬時值解：醫(yī)用電子學專題知識培訓第60頁：

t=0

時相位，稱為初相位或初相角。i：正弦波相位角或相位三、初相角(Initialphaseangle)

相位差(Phasedifference)醫(yī)用電子學專題知識培訓第61頁

兩個同頻率正弦量間相位差φ(初相角)

t醫(yī)用電子學專題知識培訓第62頁兩種正弦信號關系同相位落后于相位落后相位領先領先于與同相位醫(yī)用電子學專題知識培訓第63頁

三相交流電路：三種電壓初相位各差120。t醫(yī)用電子學專題知識培訓第64頁瞬時值表示式相量必須小寫前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。波形圖i

正弦波表示方法：重點2.2正弦交流電相量(Phasor)表示法醫(yī)用電子學專題知識培訓第65頁1.復數(shù)(Complexnumber)表示形式①代數(shù)形式A=a(實)+jb(虛)其中：baAReIm0r由上圖可知一、復習復數(shù)及其基礎運算醫(yī)用電子學專題知識培訓第66頁②三角形式③指數(shù)形式④極坐標形式（歐拉公式）q+q==q+q=qqsinjrcosrreAsinjcosejj醫(yī)用電子學專題知識培訓第67頁2.復數(shù)基礎運算（1）加、減設：；則：ReImBAA+BReImBAA-B-B（加）（減）醫(yī)用電子學專題知識培訓第68頁（2）乘、除（乘）設：或：醫(yī)用電子學專題知識培訓第69頁（除）醫(yī)用電子學專題知識培訓第70頁3.討論（1）設：ReImrr為旋轉(zhuǎn)因子醫(yī)用電子學專題知識培訓第71頁（2）由歐拉公式可知注意：j、-j、-1都是旋轉(zhuǎn)因子醫(yī)用電子學專題知識培訓第72頁

概念：一個正弦量瞬時值能夠用一個旋轉(zhuǎn)有向線段在縱軸上投影值來表示。

矢量長度

=

矢量與橫軸夾角

=

初相位ω矢量以角速度

按逆時針方向旋轉(zhuǎn)ω二、正弦波相量表示法醫(yī)用電子學專題知識培訓第73頁

3.相量符號

包含幅度與相位信息。有效值1.描述正弦量有向線段稱為相量。若其幅度用最大值表示，則用符號：最大值相量書寫方式2.在實際應用中，幅度更多采取有效值，則用符號：醫(yī)用電子學專題知識培訓第74頁

落后于領先

落后？例1：將u1、u2

用相量表示

相位：幅度：相量大小設：醫(yī)用電子學專題知識培訓第75頁同頻率正弦波相量畫在一起，組成相量圖。例2：同頻率正弦波相加--平行四邊形法則醫(yī)用電子學專題知識培訓第76頁注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能夠。2.只有同頻率正弦量才能畫在一張相量圖上，不一樣頻率不行。新問題提出：平行四邊形法則能夠用于相量運算，但不方便。故引入相量復數(shù)運算法。

相量

復數(shù)表示法復數(shù)運算

醫(yī)用電子學專題知識培訓第77頁相量復數(shù)表示ab+1將復數(shù)放到復平面上，可以下表示：醫(yī)用電子學專題知識培訓第78頁歐拉公式

代數(shù)式

指數(shù)式

極坐標形式abq+q=qsinjcosej醫(yī)用電子學專題知識培訓第79頁

在第一象限設a、b為正實數(shù)在第二象限在第三象限在第四象限醫(yī)用電子學專題知識培訓第80頁解：例1:已知瞬時值，求相量。已知:

求：

i

、u

相量醫(yī)用電子學專題知識培訓第81頁220100AV相量圖醫(yī)用電子學專題知識培訓第82頁求：例2：已知相量，求瞬時值。

已知：兩個頻率都為

1000Hz正弦電流其相量形式為：解：醫(yī)用電子學專題知識培訓第83頁提醒計算相量相位角時，要注意所在象限。如：醫(yī)用電子學專題知識培訓第84頁符號說明瞬時值

---小寫u、i有效值

---大寫U、I復數(shù)、相量

---大寫

+“.”最大值

---大寫+下標醫(yī)用電子學專題知識培訓第85頁正誤判斷？瞬時值復數(shù)醫(yī)用電子學專題知識培訓第86頁

uiR依據(jù)歐姆定律

設則一、電阻元件交流電路醫(yī)用電子學專題知識培訓第87頁1.頻率相同2.相位相同3.

有效值關系：電阻電路中電流、電壓關系4.

相量關系：設

則

或醫(yī)用電子學專題知識培訓第88頁二、電感元件交流電路三、電容元件交流電路自學內(nèi)容醫(yī)用電子學專題知識培訓第89頁單一參數(shù)正弦交流電路分析計算小結(jié)電路參數(shù)電路圖（正方向）復數(shù)阻抗電壓、電流關系瞬時值有效值相量圖相量式功率有功功率無功功率Riu設則u、i

同相0LiuCiu設則設則u領先i90°u落后i90°00基礎關系醫(yī)用電子學專題知識培訓第90頁第三節(jié)暫態(tài)電路1.暫態(tài)電路微積分求解：指按照基爾霍夫第二定律展開電壓微積方程，利用微分方程數(shù)學性質(zhì)來求