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1、医用电子学,主讲人：丁晓东,授课对象：2010级医学影像学专业,医用电子学介绍,1、课程性质：专业基础课,2、学时：总学时42，理论学时36、实验学时6,3、考试：总分100分，理论占80%、实验占20%,参考书：医学电子学基础与医学影像物理学，主 编：潘志达，科学技术文献出版社,4、使用的教材及参考资料,教材 医用电子学基础主编：陈仲本，人民卫生出版社。,电子学教案,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,电子学教案,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(1)第一代电子器件电子管1906年，福雷
2、斯特（Lee De Fordst）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、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。,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1.8万只电子管，占地170m2，重30t，耗电150kW。,(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（W
3、illiam Shockley,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。,(3)第三代电子器件集成电路,1958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。当前，单个芯片可集成器件成千上万
4、个，例如，CPU芯片P6内部就封装了550万只晶体管。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，人类社会开始迈进信息时代。,集成电路按集成度可分作(1)小规模集成电路（SSI）102(2)中规模集成电路（MSI）103(3)大规模集成电路（LSI）105(4)超大规模集成电路（VLSI）105 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。,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,二、受控电源,一、叠加原理二、戴维宁定理三、诺顿定理,一、电压源和电流
5、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,例子,第一节 电路基础,（一）、电压源,两端能保持定值电压的电源，用符号 表示。（与流过的电流大小无关，即内阻为零）,注意：,理想电压源两端点相当于短路,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、理想电压源:,2、实际电压源:,两端的电压随外电路的电流而改变，用符号U 表示。,代表实际电压源内阻,实际电压源的内阻 越小，就越接近理想电压源。,注意：,3、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,内阻为零,实际电压源符号
6、表示,内阻不为零,实际电压源等效为理想电压源 和内阻 相串联的模型,（二）、电流源,两端能保持定值电流的电源，用符号 表示。（与外电路电压大小无关，即内阻为无穷大）,注意：,理想电流源两端点相当于断路,特点：,输出电流是定值（或是时间的函数）,与端电压大小无关,端电压是由定值电流 和它相连接的外电路共同决定的。,1、理想电流源:,2、实际电流源:,输出电流随外电路而变化的电源用符号 表示。,代表实际电流源内阻,3、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,内阻为无穷大,实际电流源符号表示,内阻不为零,实际电流源等效为理想电流源 和内阻 相并联的模型,注意：,实际电流源的内阻 越
7、大，就越接近理想电流源。,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
8、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。,例子,根据控制量是电压还是电流，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
9、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11 部分理想电路元件的图形符号,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）,线性有源网络,二端网络,（R、L、C、电源）,（一）、叠加定理：,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作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。,每个独立源单独作用时，其它独立源视为零值。,即：,电流源,电压源,短路,分析：,单独作用时,开路,受控源,保留,?,单独作用时,视为开路,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,例,
10、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：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压源串联一个电阻来代替。电压源的电压等于该网络端口的开路电压，而等效电阻 则等于该网络中全部独立源为零值时，从端口看进去的电阻。由这一电压和等效电阻组成的等效电路，称为戴维宁电路。,注意：,电压源电压,端口的开路电压,等效电阻,独立源为零值时，负载前端口电阻。,解：,1）求,V,2)求,3）求流过,电流,短路,（三）、诺顿定理：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 则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效电路，称为诺顿电路。,注意：,电流源电流,端口的短路电流,等效电阻,独立源为零值时，负载前端口开路电阻。,解：,1）求,2)求,3）求流过,电流,短路,小结：,实际电压源=恒压源串联电阻,实际电流源=恒流源并联电阻,叠加原理=各个独立源单独作用再求和,戴维宁定理=电压源串联电阻等效,诺顿定理=电流源并联电阻等效,作业:辅导教材上的相关内容和习题。,
