医用电子学基础

1. 医用电子学基础 医学影像学系 电子电工与医用设备学教研室 主讲　张根选

2. 教学内容、学时及考试 内容：理论教学、实验教学 学时：总学时45，其中理论24学时，　　　实验21学时。 考试：闭卷考查，理论内容60％， 　实验操作考核20％，实验平时 　20%。

3. 第一章　电路基础 目的：学习电路直流电路、ＲＣ充放电、交流电路、滤波电路等 重点：ＫＣＬ、ＫＶＬ及电路分析方法。

4. 第一节　直流电路 一、电路的基本概念 电流的原始定义 1.电流 current 电流大小表示 电流方向

5. 2.电路circuit 所谓电路就是指电流所通过的路径。主要由导线及电路元件组成。

6. 3.电流、电压及电阻的单位 电流的单位：A、mA、μＡ 电压的单位：Ｖ、mV、 μV 电阻的单位：Ω、ＫΩ、ＭΩ

7. 二、　基尔霍夫定律 是分析电路最基本的工具之一，是本章的重点与难点内容

8. b I1 I2 R2 R1 I6 a c R6 R4 R5 + I4 I5 - E4 I3 d _ + R3 E3 1.几个相关名词 • 支路（branch): • 节点（node point): • 回路（loop): • 4.网孔：不含支路的回路 支路：ab、ad、… ... （共6条） 回路：abda、 bcdb、 … ... （共7 个） 结点：a、 b、… ... (共4个）

9. Ａ I2 I1 I3 2.KCL(基尔霍夫第一定律）

10. KCL有二种表述方法： • 流入节点的电流和等于流出节点的电流和。 • 任一节点的电流代数和等于零。 备注：必须规定电流的方向

11. 3.KVL(基尔霍夫第二定律） KVL研究的是任一闭合回路上的所有元器件的电压降（或电压升）之间的关系， 核心内容：任一闭合回路上的所有元器件的电压降（或电压升）的代数和等于零。

12. 应用KVL列方程之前必须要注意的二个方向： • 预先标出支路电流方向； • 预先标出回路绕行方向； • 在上述二个方向确定后，列方程时，对于电阻上的电压降采取电流方向与绕行方向“相同取正，相反取负”；对于电源或电压源采取电压方向与绕行方向“相同取正，相反取负”。

13. 分析以下电路中应列几个电流方程？几个 电压方程？ I1 I2 a R2 R1 + + #2 #1 R3 E2 _ E1 I3 - #3 b 例

14. 基尔霍夫电压方程： 基尔霍夫电流方程： I1 I2 a #1 结点a： R2 R1 #2 + + #2 #1 结点b： R3 E2 _ E1 #3 I3 - #3 独立方程只有 1 个 独立方程只有 2 个 b 网孔 网孔

15. 思考题1 列出回路方程与节点方程

16. 思考题2 如图求Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3及ＵAB

17. 电路中电位的计算 电位的概念： ⑴零电位：计算电位的起点，V＝0 ⑵零电位的选择：可以任意选择，通常设以接地点。 ⑶电位：电路中该点与零电位点之间的电压称为该点的电位。

18. 三、电压源与电流源 电压源与电流源是电源对外特性的二种不同表达方式。

19. 1　实际电压源 • 实际电压源的定义 • 实际电压源的输出特性 • 理想电压源

20. 2　实际电流源 • 实际电流源的定义 • 实际电流源的输出特性 • 理想电流源

21. 3　电压源与电流源的等效

22. 四　叠加原理（复杂电路分析方法） I1 I2 A I1' I2' A R1 I3 I1'' R1 I2'' I3' A + R3 R2 R3 + I3'' + + R1 R2 E2 E1 E1 _ _ R3 R2 _ + B B E2 _ 原电路 E2单独作用 E1单独作用 B 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。

23. I1'' I1' I2' A I2'' I2 I1 A A R1 I3'' I3' R1 R1 I3 + R3 R3 R2 R3 R2 + R2 + + + E1 E2 E2 E1 _ B _ B _ _ B

24. 10 10 10 - 20V I + 4A 解： 10 10 + 10 10 10 10 - 20V I " I´ 4A + 例 用叠加原理求：I= ? 将电路分解后求解 I'=2A I"= -1A I = I'+ I"= 1A

25. 分解电路时只需保留一个电源，其余电源“除源”：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。 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）。

26. 4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如： 设： I3 则： R3 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。 = +

27. A A B B 五、戴维南定理 名词解释： 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”。 有源二端网络： 二端网络中含有电源 无源二端网络： 二端网络中没有电源

28. 有源 二端网络 RO R R + E _ 核心内容：有源二端网络用电压源模型等效。 注意：“等效”是指对端口外等效

29. A A 相应的 无源 二端网络 有源 二端网络 B B A A 有源 二端网络 R0 R R + B E B _ 等效电压源的电动势 （E）等于有源二端 网络的开路电压U0； 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）

30. R1 R2 I5 R5 R3 R4 R1 R2 I5 _ + E _ + R5 E R4 R3 有源二端网络 例 等效电路 已知：R1=20 、 R2=30  R3=30 、 R4=20  E=10V 求：当 R5=10  时，I5=?

31. A A R1 R2 R1 R2 _ C + U0 R0 D C D E R3 R4 R3 R4 B B =20 30 +30 20 =24 第二步：求输入电阻 R0 第一步：求开端电压U0

32. 等效电路 I5 R0 R1 R2 I5 _ + + E R5 R5 E _ R4 R3

33. I5 时 R0 + E R5 _ E= U0= 2V R0=24 第三步：求未知电流 I5

34. 例 _ + D A C 50 10V 4  RL U 4  + 8V 33  _ 5  B E 1A 求：U=?

35. 此值是所求 结果吗？ 第一步：求开端电压U0。 _ D A C + 50 4  10V U0 4  + 8V _ 5  B E 1A

36. 50 R0 4 4 5 _ A D 第二步： 求输入电阻 R0。 C + 50 10V 4  U0 4  + 8V _ 5  B E 1A

37. 50 R0 4 4 5 _ A D 第二步： 求输入电阻 R0。 C + 50 10V 4  U0 4  + 8V _ 5  B E 1A

38. R0 57 33 Ｕ + E 9V _ 第三步：求解未知电压Ｕ

39. 第二节　电路的暂态过程 暂态过程：是指电路中的电压（或电流）从一个稳定状态变到另一个稳定状态的过程。其特征是电压（或电流）的数值是一个随着时间在变化的物理量。

40. 1.ＲＣ充电 充电回路方程：

41. 代入电流与电容的定义公式，再加上初始条件 时 可得电容两端电压　 • 时间常数τ＝ＲＣ • τ对充电快慢的影响 • 充电电流大小表示

42. 2.ＲＣ放电回路 放电回路方程： 对于电容器有

43. 对于电容器初始条件有 t=0时，uC=E 电容放电时，得电压与电流分别为：

44. 电容器充放电flash动画演示

45. 第三节　交流电路 • 几个名词： • 直流电(direct current ,DC) • 交流电(alternate current,AC) • 正弦交流电

46. 1.正弦交流电 正弦交流电的函数表达式

47. 交弦交流电的三要素： • 幅值Um • 角频(或频率）ω（f） • 初位相（φ） 有效值与幅值之间的关系

48. 2.RLC在交流电路中的特性 2.1纯电阻电路

49. 结论：电阻在交流电路中也符合欧姆定律。i与u同相位。结论：电阻在交流电路中也符合欧姆定律。i与u同相位。

50. 2.2纯电容电路