医学影像学课件电路基础.pptx

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1、主讲人：丁晓东主讲人：丁晓东授课对象：授课对象：202010级医学影像学专业医用电子学介绍医用电子学介绍1 1、课程性质：、课程性质：专业基础课专业基础课2 2、学时：、学时：总学时总学时42，理论学时，理论学时36、实验学时、实验学时63 3、考试：、考试：总分总分100分，理论占分，理论占80%、实验占、实验占20%参考书：参考书：医学电子学基础与医学影像物理学医学电子学基础与医学影像物理学，主，主 编：潘志达，科学技术文献出版社编：潘志达，科学技术文献出版社 4 4、使用的教材及参考资料、使用的教材及参考资料教材教材 医用电子学基础医用电子学基础主编：陈仲本，人民卫生出版社。主编：陈仲本

2、，人民卫生出版社。第一章 电路网络基础 第二章 半导体器件第三章 基本放大电路第四章 集成运算放大器及其应用第七章 数字逻辑基础 第八章 组合逻辑电路第九章 时序逻辑电路 三代电子器件三代电子器件三代电子器件三代电子器件 (1)(1)第一代电子器件第一代电子器件电子管电子管 19061906年，福雷斯特（年，福雷斯特（Lee De FordstLee De Fordst）等发明了电子管，等发明了电子管，是电子学发展史上第一个里程碑。用电子管可实现整流、是电子学发展史上第一个里程碑。用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能

3、电路。电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计算机用计算机用1.81.8万只电子管，占地万只电子管，占地170170m m2 2，重重3030t t，耗电耗电150150kWkW。(2)第二代电子器件晶体管 1948年，肖克利（W.Shckly）等发明了半导体三极管，其性能明显优于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。肖克利 巴丁 布拉坦 1956年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州景山(Mountain View)贝克曼仪器公司半导体实验室的肖克利（William Shockley,

4、1910-1989）、美国伊利诺斯州乌尔班那伊利诺斯大学的巴丁（John Bardeen,1908-1991）和美国纽约州谬勒海尔（Murray Hill）贝尔电话实验室的布拉坦（Walter Brattain,1902-1987）,以表彰他们对半导体的研究和晶体管效应的发现。-晶体管的发明 尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子管，但由成百上千只晶体管和其他元件组成的管，但由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可靠性差。分立电路体积大、焊点多，可靠性差。(3)第三代电子器件集成电路19581958年，基尔白等提出将管子、元件和线路

5、集成封装在年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。当前，单个芯片可集成器件成千上万个，例如，当前，单个芯片可集成器件成千上万个，例如，CPUCPU芯芯片片P6P6内部就封装了内部就封装了550550万只晶体管。集成电路的发展促万只晶体管。集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电路和微型计算机的发展，人进了电子学、特别是数字电路和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。类社会开始迈进信息时代。集成电路按集成度可分作集成电路按集成度可分作 (1)(1)小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）10 10

6、2 2(2)(2)中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）10 103 3(3)(3)大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）10 105 5(4)(4)超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）10 105 5 动画：机械手在焊接集成电路引脚。动画：机械手在焊接集成电路引脚。当前，微电子已成为最具有发展前途的产当前，微电子已成为最具有发展前途的产业，微电子技术水平已成为衡量一个国家技业，微电子技术水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。术水平的重要标志。第一节 电路基础第二节 线性网路的基本定理第一章 电路网络基础 一、电压源和电流源一、电压源和电流源二、受控电源二

7、、受控电源一、叠加原理一、叠加原理二、戴维宁定理二、戴维宁定理三、诺顿定理三、诺顿定理一、电压源和电流源电路基本知识电源电流源受控源电压源独立源电压控制电压源电压控制电流源电流控制电压源电流控制电流源Isbecibicie第一节 电路基础（一）、电压源（一）、电压源两端能保持定值电压的电源，用两端能保持定值电压的电源，用符号符号 表示。（与流过的电流表示。（与流过的电流大小无关，即内阻为零）大小无关，即内阻为零）注意注意 ：理想电压源两端点相当于理想电压源两端点相当于短路短路特点特点 ：端电压恒定或是时间的函数与流过的电流大小无关流过的电流由外电路确定1 1、理想电压源、理想电压源 :2 2、

8、实际电压源、实际电压源:两端的电压随外电路的电流而改两端的电压随外电路的电流而改变，用符号变，用符号U U 表示。表示。代表实际电压源内阻代表实际电压源内阻实际电压源的内阻实际电压源的内阻 越小，就越接越小，就越接近理想电压源。近理想电压源。注意：注意：3 3、理想电压源与实际电压源之间的关系转换、理想电压源与实际电压源之间的关系转换理想电压源符号表示理想电压源符号表示内阻为零内阻为零实际电压源符号表示实际电压源符号表示内阻不为零内阻不为零实际电压源等效为理想电压源实际电压源等效为理想电压源 和和内阻内阻 相串联的模型相串联的模型（二）、电流源（二）、电流源两端能保持定值电流的电源，用两端能保

9、持定值电流的电源，用符号符号 表示。（与外电路电压表示。（与外电路电压大小无关，即内阻为无穷大大小无关，即内阻为无穷大 ）注意注意 ：理想电流源两端点相当于理想电流源两端点相当于断路断路特点特点 ：输出电流是定值（或是时间的函数）输出电流是定值（或是时间的函数）与端电压大小无关与端电压大小无关端电压是由定值电流端电压是由定值电流 和它相和它相连接的外电路共同决定的连接的外电路共同决定的。1 1、理想电流源、理想电流源 :2 2、实际电流源、实际电流源:输出电流随外电路而变化的电源输出电流随外电路而变化的电源用符号用符号 表示。表示。代表实际电流源内阻代表实际电流源内阻 3 3、理想电流源与实际

10、电流源之间的关系转换、理想电流源与实际电流源之间的关系转换理想电流源符号表示理想电流源符号表示内阻为无穷大内阻为无穷大实际电流源符号表示实际电流源符号表示内阻不为零内阻不为零实际电流源等效为理想电流源实际电流源等效为理想电流源 和和内阻内阻 相相并联并联的模型的模型注意：注意：实际电流源的内阻实际电流源的内阻 越大，就越接越大，就越接近理想电流源。近理想电流源。注意：注意：（三）、电压源与电流源的等效变换等效时：输出电压相同、输出电流相同三、受控源 受控源又称为非独立电源，一般地说，当一条支路的电压或电流受本支路以外的其他因素控制时就称为受控源。它是一种描述电路中某条支路的电压（或电流）受到另

11、一条支路的电压（或电流）的控制现象的理想电路元件。独立源与受控源在电路中的作用完全不同。独立源作为电路的输入，反映了外界对电路的作用，如电子电路中的信号源。受控源是用来表示电路的某一器件中所发生的物理现象的一种模型，它反映了电路中某处的电压或电流能控制另一处的电压或电流的关系。受控源原本是从电子器件抽象而来的。例如晶体管是电子电路中常见的一种器件，它有基极b、发射极e和集电极c三个电极。根据晶体管的特性，在一定范围内，集电极电流与基极电流成正比，即 。事实上是受控制的。我们将其理想化，就可以用电流控制电流源来描述其工作性能，这种受控源简称CCCS。Isbecibicie 根据控制量是电压还是电

12、流，受控的是电压源还是电流源，受控源一般分为四种类型：图中菱形符号表示受控电压源或受控电流源，其参考方向的表示方法与独立源相同。注意：受控源具有独立电源的特性；同时，它们必须依靠另一控制变量（电流或电压）而变化。可见受控源具有二重性，既有电源性，又有电阻性，但受控源在电路中不能起激励作用，因为它不是独立源。因此在求解具有受控源的电路时，可以把受控电压（电流）源作为电压（电流）源处理，但必须注意前者的电压（电流）是取决于控制量的。表表11 部分理想电路元件的图形符号部分理想电路元件的图形符号 名称名称符号符号名称名称符号符号名称名称符号符号理想导线理想导线电阻电阻连接的导连接的导线线可变电阻可变

13、电阻电压源电压源电位参考电位参考点点电容电容受控电压受控电压源源开关开关电感电感二端元件二端元件短路短路电流源电流源理想变压理想变压器耦合电器耦合电感感开路开路受控电流受控电流源源第二节 线性网路的基本定理基本概念有源网络网络（两个引出端）（两个引出端）线性有源网络二端网络（R R、L L、C C、电源电源）（一）、叠加定理：（一）、叠加定理：在一个复杂的网络中，任何一个支路中的电在一个复杂的网络中，任何一个支路中的电流（或电压），等于电路中每个独立源单独流（或电压），等于电路中每个独立源单独作用时，在该支路中产生的电流（或电压）作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。的代数和。每个独

14、立源单独作用时，其它独立源视为零值。即：电流源电压源短路短路分析：分析：单独作用时单独作用时开路开路受控源保留保留?单独作用时单独作用时视为开路视为开路视为短路视为短路1-1 电路结构和元件数值如图所示，试用叠加原理求 支路的电流 解：1）电流源单独作用时，流过 支路电流为 2）电压源单独作用时，流过 支路电流为 3）求 的代数和 正负号的规定：若电流方向与原标定方向一致时，取正，否则取负。（二）、戴维宁定理：（二）、戴维宁定理：电压源取代电压源取代任何一个有源线性二端网络可以用一个理想电任何一个有源线性二端网络可以用一个理想电压源串联一个电阻来代替。电压源的电压等于压源串联一个电阻来代替。电

15、压源的电压等于该网络端口的开路电压，而等效电阻该网络端口的开路电压，而等效电阻 则等于则等于该网络中全部独立源为零值时，从端口看进去该网络中全部独立源为零值时，从端口看进去的电阻。由这一电压和等效电阻组成的等效电的电阻。由这一电压和等效电阻组成的等效电路，称为戴维宁电路。路，称为戴维宁电路。注意：电压源电压端口的开路电压端口的开路电压等效电阻独立源为零值时，独立源为零值时，负载前端口电阻。负载前端口电阻。解解 ：1 1）求求 V V2)2)求求3 3）求流过求流过电流电流 短路短路（三）、诺顿定理：（三）、诺顿定理：电流源取代电流源取代任何一个有源线性二端网络可以用一个理想电任何一个有源线性二

16、端网络可以用一个理想电流源并联一个等效电阻来代替。电流源的电流流源并联一个等效电阻来代替。电流源的电流等于该网络端口的短路电流，而等效电阻等于该网络端口的短路电流，而等效电阻 则则等于该网络中全部独立源为零值时，从端口看等于该网络中全部独立源为零值时，从端口看进去的电阻。由这一电流和等效电阻组成的等进去的电阻。由这一电流和等效电阻组成的等效电路，称为诺顿电路。效电路，称为诺顿电路。注意：电流源电流端口的短路电流端口的短路电流等效电阻独立源为零值时，负独立源为零值时，负载前端口开路电阻。载前端口开路电阻。解解 ：1 1）求求 2)2)求求3 3）求流过求流过电流电流 短路短路小结：小结：实际电压源实际电压源=恒压源串联电阻恒压源串联电阻实际电流源实际电流源=恒流源并联电阻恒流源并联电阻叠加原理叠加原理=各个独立源单独作用再求和各个独立源单独作用再求和戴维宁定理戴维宁定理=电压源串联电阻等效电压源串联电阻等效诺顿定理诺顿定理=电流源并联电阻等效电流源并联电阻等效作业:辅导教材上的相关内容和习题。辅导教材上的相关内容和习题。