第四章-醫(yī)用電子學(xué)-課件

第四章醫(yī)用電子學(xué)1ppt課件第一節(jié)基本元器件

電阻——限制回路中的電流

電容——儲(chǔ)存電能

電感

晶體管

場(chǎng)效應(yīng)管

運(yùn)算放大器2ppt課件一、電阻主要參數(shù)標(biāo)稱(chēng)阻值及其誤差額定功率——應(yīng)略大于實(shí)際負(fù)荷功率電阻R1、R2串聯(lián)，其串聯(lián)等效電阻Ｒ電阻R1、R2并聯(lián)，其并聯(lián)等效電阻Ｒ電阻兩端電壓和流過(guò)電阻的電流同相位。3ppt課件二、電容容抗：電容在電路中表現(xiàn)出的阻力性質(zhì)；與信號(hào)頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越小。電容串聯(lián)，總?cè)萘繙p?。浑娙莶⒙?lián)，總?cè)萘吭黾印＠硐腚娙莶幌墓β?。通過(guò)電容電流的相位超前電容兩端電壓90°。4ppt課件三、電感感抗：電感在電路中表現(xiàn)出的阻力性質(zhì)；與信號(hào)頻率有關(guān)，頻率越高，感抗越大。常見(jiàn)具有電感性質(zhì)的元件：線圈、變壓器、電磁鐵。5ppt課件四、晶體管（一）半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性本征半導(dǎo)體——晶體結(jié)構(gòu)、純凈；導(dǎo)電能力弱。Ｐ型半導(dǎo)體：空穴是多數(shù)載流子。雜質(zhì)半導(dǎo)體Ｎ型半導(dǎo)體：自由電子是多數(shù)載流子。6ppt課件四、晶體管（二）ＰＮ結(jié)Ｐ型半導(dǎo)體與Ｎ型結(jié)合，在交界面，Ｐ區(qū)中的空穴和Ｎ區(qū)中的自由電子復(fù)合，形成既無(wú)空穴也無(wú)自由電子的耗盡層（空間電荷區(qū)）。當(dāng)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，即形成了ＰＮ結(jié)。觀看動(dòng)畫(huà)“ＰＮ結(jié)的形成”。7ppt課件四、晶體管（二）ＰＮ結(jié)在ＰＮ結(jié)兩端外加正偏電壓，ＰＮ結(jié)導(dǎo)通；在ＰＮ結(jié)兩端外加反偏電壓，ＰＮ結(jié)截止。ＰＮ結(jié)具有單向?qū)щ娦?。觀看動(dòng)畫(huà)“ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦浴薄?ppt課件四、晶體管（三）二極管——由ＰＮ結(jié)構(gòu)成。（四）穩(wěn)壓管——特殊二極管。正向特性Uth死區(qū)電壓反向特性ISU(BR)反向擊穿OuD/ViD/mA導(dǎo)通電壓硅：0.7Ｖ;鍺：0.2Ｖ。9ppt課件NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB四、晶體管10ppt課件三極管通過(guò)小的基極電流控制并得到大的集電極電流，即三極管具有電流放大作用。一般是mA級(jí)，而一般是μA級(jí)。

β反映了三極管的放大能力。四、晶體管11ppt課件iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：

IB0，IC

0條件：兩個(gè)結(jié)反偏2.放大區(qū)：3.飽和區(qū)：條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：IC

IB放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：水平、等間隔四、晶體管12ppt課件六、運(yùn)算放大器+VCC–VEEu+—同相端輸入電壓u-—反相端輸入電壓1)

u+

u–(虛短)2)i+

i–0(虛斷)理想運(yùn)放的線性特性：運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)：13ppt課件第二節(jié)共發(fā)射極放大電路的基本分析、計(jì)算方法一、單管電路直流工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算+VCCRcC1C2RL++Rb+ui+uo共發(fā)射極單管放大電路直流通路+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQ14ppt課件+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQ（一）直流工作點(diǎn)（靜態(tài)工作點(diǎn)）的計(jì)算直流通路15ppt課件（二）電壓放大倍數(shù)的計(jì)算RCRｂ+ui+uoRLibicrberbe:基極與發(fā)射極之間的電阻；16ppt課件uCE/ViC/mA41O23iB=10A20304050505Q直流負(fù)載線UCEQ交流負(fù)載線二、圖解分析法+VCC--RCRB+UBEQ

+UCEQIBQICQIEQRCRｂ+ui+uoRLibicrbe取兩點(diǎn)([VCC,0],[0,])作直流負(fù)載線；以為斜率，過(guò)Q點(diǎn)作交流負(fù)載線。17ppt課件第三節(jié)常用放大器的分析計(jì)算方法一、微變等效電路法三極管電路可當(dāng)成雙口網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析從輸入端口看進(jìn)去，相當(dāng)于電阻rbe從輸出端口看進(jìn)去為一個(gè)受

ib

控制的電流源

ic

=

ib+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibicib+ube+uceBC18ppt課件一、微變等效電路法+VCCRcC1C2RL++Rb+ui+uo單管共發(fā)射極放大電路的微變等效電路+uoRbRLrbe

EibicibBCRc+ui19ppt課件二、多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算Au1第一級(jí)Au2第二級(jí)Au1末級(jí)uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)RiRo=Au1·Au2

·

·

·

Aun總輸入電阻是第一級(jí)放大電路的輸入電阻；總輸出電阻是最后一級(jí)放大電路的輸出電阻?？傠妷悍糯蟊稊?shù)：20ppt課件三、波特圖是對(duì)數(shù)頻率特性曲線。幅頻特性：橫坐標(biāo)為頻率（Hz）、縱坐標(biāo)為電壓放大倍數(shù)的對(duì)數(shù)（dB);相頻特性：橫坐標(biāo)為頻率（Hz）、縱坐標(biāo)是相角。21ppt課件四、差動(dòng)放大電路的原理及主要性能指標(biāo)V1VCCV2VEERCRCREEui1ui2uo共模信號(hào)：兩個(gè)輸入端信號(hào)幅值和相位都相同；差模信號(hào)：兩個(gè)輸入端信號(hào)幅值相等、相位相反；差動(dòng)放大電路具有抑制共模干擾信號(hào)、放大差模信號(hào)的能力。用共模抑制比來(lái)表征此種能力。22ppt課件第四節(jié)放大電路中的反饋反饋—將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，通過(guò)一定的元件，以一定的方式回送到輸入回路并影響輸入量(電壓或電流)和輸出量的過(guò)程。2.信號(hào)的兩種流向正向傳輸：輸入輸出反向傳輸：輸出輸入—開(kāi)環(huán)—閉環(huán)輸入輸出放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)23ppt課件A+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F反饋網(wǎng)絡(luò)一、負(fù)反饋和正反饋的概念正反饋—

反饋使凈輸入電量增加，從而使輸出量增大。負(fù)反饋—反饋使凈輸入電量減小，從而使輸出量減小。xi—輸入信號(hào)(ii或ui)xi—輸入信號(hào)(ii或ui)xid—

凈輸入信號(hào)(iid或

uid)xo—輸出信號(hào)(io或

uo)xf—

反饋信號(hào)(if或

uf)24ppt課件二、四種負(fù)反饋組態(tài)和特性

判斷串聯(lián)反饋/并聯(lián)反饋看放大電路的輸入端，若反饋信號(hào)與放大電路的信號(hào)輸入端直接相連，則為并聯(lián)反饋；反之，為串聯(lián)反饋。

判斷電壓反饋/電流反饋看放大電路的輸出端，若反饋信號(hào)與放大電路的輸出端直接相連，則為電壓反饋；反之，為電流反饋。25ppt課件uo經(jīng)Rf與R1分壓反饋到輸入回路，故有反饋。反饋使凈輸入電壓uid減小，為負(fù)反饋。Rf直接與輸出端相連，故為電壓反饋。Rf沒(méi)有與信號(hào)輸入端直接相連，故為串聯(lián)反饋。電壓串聯(lián)負(fù)反饋26ppt課件Rf為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電壓uid減小，為負(fù)反饋。反饋信號(hào)并未直接與輸出端相連，故為電流反饋。反饋信號(hào)并未與信號(hào)輸入端相連，故為串聯(lián)反饋。電流串聯(lián)負(fù)反饋27ppt課件Rf為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。反饋使凈輸入電流iid減小，為負(fù)反饋。反饋信號(hào)直接與輸出端相連，故為電壓反饋。反饋信號(hào)直接與輸入端相連，故為并聯(lián)反饋。電壓并聯(lián)負(fù)反饋28ppt課件Rf

介于輸入回路和輸出回路，故有反饋。反饋使凈輸入電流iid減小，為負(fù)反饋。反饋信號(hào)并未直接與輸出端相連，故為電流反饋。反饋信號(hào)直接與輸入端相連

，故為并聯(lián)反饋。電流并聯(lián)負(fù)反饋29ppt課件三、深度負(fù)反饋的計(jì)算1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)：為深度負(fù)反饋放大電路。此時(shí)反饋信號(hào)近似等于輸入信號(hào)，凈輸入信號(hào)近似為零。AF30ppt課件三、深度負(fù)反饋的計(jì)算對(duì)深度負(fù)反饋放大電路可得重要結(jié)論：基本放大電路的兩輸入端滿足“虛短”、“虛斷”。虛斷虛短31ppt課件第五節(jié)運(yùn)放電路一、常用運(yùn)放電路虛斷虛地R2=R1//Rf（一）反相比例運(yùn)算電路平衡電阻Rif輸入電阻Rif=R132ppt課件（二）同相比例運(yùn)算電路Auf=1電壓跟隨器當(dāng)R1=，Rf=0時(shí)，33ppt課件（三）差動(dòng)比例運(yùn)算電路uo=Rf/R1(uI2

uI1)取

R1=R1；Rf=Rf34ppt課件（四）積分電路=當(dāng)uI=UI時(shí)，設(shè)uC(0)=0

時(shí)間常數(shù)

=

R1Cf35ppt課件二、求和電路（一）反相輸入求和電路iF

i1+i2若Rf=R1=R2

則uO=

(uI1+uI2)36ppt課件（二）加減求和電路37ppt課件三、電壓比較器8uIuO過(guò)零電壓比較器OuIuOuI

<0uI

>0UOmax-UOmax38ppt課件第六節(jié)波形發(fā)生電路一、正弦波發(fā)生電路放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Ui?Au?Fu?Uo?Uf?RL微弱的電擾動(dòng)中，某一頻率成分通過(guò)正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩?；窘Y(jié)構(gòu)：放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩的2個(gè)必要條件：幅值條件——本次輸入信號(hào)的幅值大于上一次。相位條件——反饋信號(hào)和輸入信號(hào)是同相位的。39ppt課件要得到單一頻率的正弦波，還需要有選頻網(wǎng)絡(luò)。據(jù)此，可分類(lèi)如下：正弦波振蕩電路RC振蕩電路；LC振蕩電路；石英晶體振蕩電路。一、正弦波發(fā)生電路40ppt課件(一）RC振蕩電路RC??RC??f低f高41ppt課件8CR1RfRCR???(一）RC振蕩電路取則振蕩頻率電壓放大倍數(shù)滿足起振的幅度條件。42ppt課件(二）LC振蕩電路在LC回路中，當(dāng)對(duì)于某一頻率的感抗和容抗正好相等時(shí)，回路產(chǎn)生諧振，此頻率為諧振頻率。LC振蕩電路就是用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，與放大電路組成的適合高頻振蕩的振蕩電路。LC+VCCVRERB1RB2CECB變壓器反饋式振蕩電路：容易起振，諧振頻率43ppt課件(三）石英晶體振蕩電路石英晶體具有壓電效應(yīng)。形變形變機(jī)械振動(dòng)外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度急劇加大的現(xiàn)象。44ppt課件石英晶體的固有頻率由外形決定，一旦加工定型后，幾乎不受外界環(huán)境因素的影響。石英晶體振蕩器的輸出頻率具有高度的穩(wěn)定性。+VCCVRERB1RB2CEC3C1C2RC×45ppt課件二、非正弦波發(fā)生電路（一）矩形波發(fā)生電路-UZ

uO

uCtUT+UT-UZR1C8R2R3UZuOR

滯回比較器

振蕩周期46ppt課件（二）三角波發(fā)生電路由過(guò)零比較器和積分器構(gòu)成。47ppt課件t起始時(shí)，對(duì)電容C充電，線性降低，也逐漸降低。當(dāng)?shù)陀诹銜r(shí)，過(guò)零比較器翻轉(zhuǎn)，也變?yōu)樨?fù)值。此時(shí)，對(duì)電容進(jìn)行反向充電，線性升高，也逐漸升高。當(dāng)高于零時(shí)，過(guò)零比較器又翻轉(zhuǎn)，也變?yōu)檎?。此時(shí)，又對(duì)電容進(jìn)行充電，使線性升高。48ppt課件（三）鋸齒波發(fā)生電路t調(diào)節(jié)可得到不同的鋸齒波波形。49ppt課件第七節(jié)功率放大電路功率放大電路與電壓放大電路的主要區(qū)別是：功放不僅要輸出足夠高的電壓，還要輸出足夠大的電流。一、功率放大電路的特點(diǎn)對(duì)功放的主要要求：根據(jù)負(fù)載要求，提供足夠的輸出功率；具有較高的效率（靜態(tài)電流盡可能?。槐M量減小失真。50ppt課件功放的三種狀態(tài)甲類(lèi)(=2)tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙類(lèi)(=)tiCO

IcmICQ2甲乙類(lèi)(

<<2)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙類(lèi)工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類(lèi)工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類(lèi)工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。51ppt課件電路特點(diǎn)：靜態(tài)電流為零，屬于乙類(lèi)放大，效率高；三極管從截止轉(zhuǎn)入放大的過(guò)渡期會(huì)產(chǎn)生交越失真。輸入信號(hào)幅度越小，失真越明顯。交越失真52ppt課件二、OTL功率放大電路RLR1+VCCVT1VD1uoui+CVD2R2RVT2主要優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇?。最大輸出功率：輸出最大功率時(shí)效率：53ppt課件三、OCL功率放大電路RLR1+VCCVT1VD1uouiVD2R2RVT2-VCC主要特點(diǎn)：正負(fù)雙電源供電，省略了輸出電容C。最大輸出功率：輸出最大功率時(shí)效率：54ppt課件第八節(jié)直流電源簡(jiǎn)單直流電源一般由變壓器、整流電路、濾波電路組成。變壓器將電網(wǎng)的交流電壓變換成所需大小的交流電壓；整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動(dòng)直流電壓；濾波電路由電容、電感等儲(chǔ)能元件構(gòu)成，能將單方向脈動(dòng)直流電壓中的脈動(dòng)成分濾掉，得到較平滑的直流電壓。55ppt課件濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動(dòng)電壓合適的交流電壓濾波穩(wěn)壓組成框圖56ppt課件一、整流電路（一）單相半波整流電路tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–57ppt課件（二）單相全波整流電路~220V+uｏ–RLu2iD1+uD1–+uD2–iD2uOtO23u2tO23tO23iO變壓器需要兩組繞組，二極管承受的最大反向電壓較大。58ppt課件V3RLV4V2V1u1u2+uoioRLV4V3V2V1u2u1（三）單相橋式整流輸入正半周輸入負(fù)半周tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO+uo59ppt課件參數(shù)估算1)

整流輸出電壓平均值2)

二極管平均電流3)

二極管最大反向壓totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO60ppt課件（四）倍壓整流電路~220VRLu2iD1iD2倍壓整流電路不僅可將交流電整流成直流電，而且能得到高出變壓器次級(jí)電壓若干倍的直流電壓（倍壓）。61ppt課件二、濾波電路io+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV導(dǎo)通時(shí)給C充電，V截止時(shí)C向RL

放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C（一）電容濾波電路62ppt課件OtuO2通常取

UO=1.2U2RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T

為輸入交流電壓的周期)輸出電壓平均值UO的大小與電容C及負(fù)載R有關(guān)。當(dāng)C的容量一定時(shí)，R越大，電容放電速度越慢，輸出電壓就越平滑，UO就越大。63ppt課件（二）RC-Ⅱ型濾波電路RC濾波與電容濾波相比，濾波效果更好。64ppt課件（三）LC-Ⅱ型濾波電路電感可以?xún)?chǔ)存和釋放磁場(chǎng)能，具有穩(wěn)定電流的作用，所以LC-Ⅱ型濾波電路的各種性能都優(yōu)于RC-Ⅱ型濾波電路。65ppt課件io+uoRLV1V4V3V2+u（四）電感濾波電路當(dāng)電流變大時(shí)電感儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流變小時(shí)電感釋放磁場(chǎng)能量，即電感具有阻止電流變化的特性，可以使脈動(dòng)電流變得平滑，起到濾波作用。66ppt課件（五）LC濾波電路在電感濾波基礎(chǔ)上，再加一級(jí)電容濾波，構(gòu)成LC濾波電路。67ppt課件三、三端集成穩(wěn)壓器件CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓例如：CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A68ppt課件封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號(hào)CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝312三、三端集成穩(wěn)壓器件69ppt課件開(kāi)關(guān)調(diào)整管脈沖調(diào)制比較放大基準(zhǔn)電壓濾波電路采樣電路四、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路優(yōu)點(diǎn)：工作在截至和飽和狀態(tài)，效率高(80%90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬對(duì)電網(wǎng)要求不高缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對(duì)電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波70ppt課件五、可控硅可控硅（SCR）又稱(chēng)晶閘管，分單向和雙向兩種。單向可控硅像一個(gè)受控導(dǎo)通的二極管，當(dāng)陽(yáng)極和陰極間加有正電壓，由控制極的控制信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通?？煽毓枰坏?dǎo)通，控制極就失去作用，要使可控硅關(guān)斷必須使導(dǎo)通電流小于一定的數(shù)值。雙向可控硅相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向并聯(lián)，可以雙向?qū)ǎ⒕哂泄驳目刂茦O。單向SCR雙向SCR71ppt課件第九節(jié)常用門(mén)電路和觸發(fā)器一、常用門(mén)電路的邏輯功能（一）與門(mén)決定某一事件的所有條件都具備時(shí)，該事件才發(fā)生。111YAB000001010若有0出0；若全1出1

邏輯表達(dá)式Y(jié)=A·B

或Y=AB72ppt課件（二）或門(mén)決定某一事件的諸條件中，只要有一個(gè)或一個(gè)以上具備時(shí)，該事件就發(fā)生。若有1出1若全0出0

000111YA

B101110邏輯表達(dá)式Y(jié)=A+B73ppt課件（三）非門(mén)決定某一事件的條件滿足時(shí)，事件不發(fā)生；反之事件發(fā)生。AY0110Y=A

非門(mén)(NOTgate)

又稱(chēng)“反相器”

74ppt課件與非門(mén)(NAND)先與后非若有

0

出

1若全

1

出

0100011YA

B101110011或非門(mén)(NOR)先或后非若有

1

出

0若全

0

出

1100YA

B001010異或邏輯(Exclusive–OR)若相異出1若相同出0000011YAB10111075ppt課件二、常用觸發(fā)器的性能基本特性(1)有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)態(tài))，正好用來(lái)表示邏輯

0

和

1。(2)在輸入信號(hào)作用下，觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換

(稱(chēng)為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn))。輸入信號(hào)消失后，新?tīng)顟B(tài)可長(zhǎng)期保持下來(lái)，因此具有記憶功能，可存儲(chǔ)二進(jìn)制信息。

一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)碼76ppt課件RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器QQSDRDSRQQJCPK77ppt課件第十節(jié)脈沖產(chǎn)生和整形電路