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图书介绍


医用电子学


张延芳 著

    

发表于2020-08-09

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出版社: 科学出版社
ISBN:9787030403896
版次:1
商品编码:11477706
包装:平装
丛书名: 全国高等医药院校规划教材
开本:16开
出版时间:2014-06-01
页数:256
正文语种:中文

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具体描述

编辑推荐

《医用电子学》可供全国高等医学院校的检验、麻醉、影像、药学等本科专业学生
使用,也可作为广大教师和工作人员的学习参考书。

内容简介

《医用电子学》注重电子技术的基本概念、基本理论和分析方法,力求简明扼
要,通俗易懂,图形符号采用新国标.《医用电子学》共分十二章,分别为电路基础、半
导体器件、基本放大电路、生物医学常用放大电路、振荡电路、直流稳压电
源、数字逻辑电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、D/A和A/D转换电
路、医学信息检测和医学仪器安全使用。

目录

目录
前言
第一章 电路基础(1)
 1.1 电路的基本概念(1)
 1.2 电路的暂态过程(8)
 1.3 正弦交流电路(11)
 小结(20)
 习题(20)
 习题答案(21)
第二章 半导体器件(22)
 2.1 半导体基础知识(22)
 2.2 半导体二极管(24)
 2.3 半导体三极管(26)
 2.4 场效应管(30)
 小结(37)
 习题(38)
 习题答案(39)
第三章 基本放大电路(41)
 3.1 共发射极放大电路(41)
 3.2 共集电极放大电路和共基极放大电路(51)
 3.3 多级放大电路(54)
 3.4 场效应管放大电路(57)
 小结(61)
 习题(61)
 习题答案(64)
第四章 生物医学常用放大电路(65)
 4.1 生物电信号的特点(65)
 4.2 直流放大电路(65)
 4.3 集成运算放大电路(74)
 4.4 负反馈放大器(76)
 4.5 集成运算放大电路的应用(81)
 4.6 功率放大电路(90)
 小结(94)
 习题(95)
 习题答案(97)
第五章 振荡电路(98)
 5.1 正弦波振荡电路(98)
 5.2 石英晶体振荡电路(106)
 5.3 非正弦振荡电路(108)
 小结(110)
 习题(110)
 习题答案(111)
第六章 直流稳压电源(112)
 6.1 单相整流电路(112)
 6.2 滤波电路(115)
 6.3 稳压电路(118)
 6.4 开关稳压电路(125)
 小结(127)
 习题(128)
 习题答案(130)
第七章 数字逻辑电路基础(131)
 7.1 数字电路基础(131)
 7.2 逻辑函数(135)
 7.3 逻辑代数(140)
 7.4 逻辑函数卡诺图化简法(141)
 7.5 分立元件门电路(145)
 小结(147)
 习题(147)
 习题答案(148)
第八章 组合逻辑电路(150)
 8.1 集成门电路(150)
 8.2 半加器和全加器(155)
 8.3 编码器和译码器(157)
 8.4 数据选择器(161)
 8.5 组合逻辑电路的分析与设计(163)
 小结(166)
 习题(166)
 习题答案(167)
第九章 时序逻辑电路(169)
 9.1 集成触发器(169)
 9.2 寄存器(178)
 9.3 计数器(181)
 小结(188)
 习题(189)
 习题答案(191)
第十章 D/A和 A/D转换电路(193)
 10.1 D/A转换器(193)
 10.2 A/D转换器(197)
 10.3 D/A与A/D转换器的应用(205)
 小结(206)
 习题(206)
 习题答案(207)
第十一章 医学信息检测(208)
 11.1 生物医学信号的检测(208)
 11.2 生物医学传感器(214)
 11.3 生物医学信号检测中的干扰及噪声(219)
 小结(226)
 习题(226)
 习题答案(226)
第十二章 医学仪器安全使用(228)
 12.1 人身安全(228)
 12.2 医学仪器安全使用(232)
 小结(237)
 习题(237)
 习题答案(237)
参考文献(240)
附录 A 汉英专业词汇对照(241)
附录 B 符号(243)

精彩书摘

第一章 电路基础
通常使用的电源有直流电源和交流电源两种,对应的接入电路也有两种,直流电路和
交流电路,它们各有其特殊性.本章主要讨论两种电路的基本规律和基本分析方法.
1.1 电路的基本概念
1.1.1 电源电动势
  导体两端只要存在电势差,就能产生电流.要维持导体内连续不断的电流,就必须在导
体两端保持一定的电势差.为此,就需要电源(source).例如,假设把两个电势不等的导体
用导线连接起来,在静电力的作用下,正电荷由电势高的一端向电势低的一端做定向移动,
导线中就产生了短暂的电流(current).要形成持续电流:第一,要有可以自由移动的电荷;
第二,始终要有能使电荷做定向移动的电场,即要保持一定的电势差.对一段电路而言,在
静电力的作用下,原电势高的一端,正电荷不断减少,原电势低的一端,正电荷不断增多.因
此,仅有静电力的作用是不能形成持续电流的,必须依靠某种非静电力。正电荷在静电力
的作用下,从电势高的一端向电势低的一端移动的同时,非静电力将等量正电荷从电势低
的一端,由另外一条通路移送到电势高的一端,使导体两端的电势差保持不变,从而形成持
续电流.能够提供非静电力的装置称为电源.非静电力只在电源内部起作用,而且,非静电
力在移送电荷的时候,就要克服电场力做功,做功必消耗能量,而做功的结果增加了电荷的
电势能,这就意味着,电荷的电能来自其他形式的能量.所以,电源是一种把其他形式的能
量转换为电能的装置.
不同的电源,把其他形式的能量转换成电能的能力不同,即电源的非静电力在电源内
部把相同数量的正电荷由负极移送到正极所做的功不相同.也就是不同的电源的非静电力
做功的能力不同.为了衡量电源的这一能力,引入一个物理量—电动势(electromotive
force).
如果一个电源的非静电力在电源内部移送 q库仑电量作了 A焦耳的功,那么这个电源
的电动势是:
E=
A
q
(1-1)
电动势是标量,单位为伏特(V).
1.1.2 电压源、电流源
电源设备的种类很多,按其特点可分为电压源(voltagesource)和电流源(current
source);独立电源和受控电源;理想电源和实际电源;直流电源和交流电源等.电源是任何
电路中都不可缺少的重要组成部分,它是电路中电能的来源.发电机、电池、信号源等都是
实际电源,在电路分析中,常用等效电路来替代实际元件.电源的等效电路有两种形式表示,一种是电压源,另一种是电流源.电压源和电流源是从实际电源抽象得到的电路模型.
本节着重讨论理想和实际的直流独立电压源及电流源的符号表示、特点及应用.
1.电压源 实际工程上的电源,如电池、发电机等都接近电压源.人们对电压源比较
熟悉,在电源内部有外力(电池中是化学力,发电机中是电磁力),使正负电荷分别向两端积
累,在内部形成电场.当外力和电场力平衡时,电荷不再增加,建立起一定的电动势和端电
压,具有恒定端电压的电源就叫直流电压源.按电动势的变化规律将电压源分为直流电压
源与交流电压源两种.从能量观点考虑,理想电压源(idealvoltagesource)纯粹是一个供能
元件,供给外电路的耗能元件的能量,是一个很大的功率源.将这个概念推广到更一般的情
况,电压源是指一个二端元件,元件的电压与通过它的电流无关,电压总保持为某给定的时
间函数.
任何一个电源,都含有电动势 E和小内阻 R
0
.电压源的表示符号如图1-1的虚线框所
示,U
S
为电压源的恒值电压(也称空载电压,简称恒电压),与电动势 E的大小相等,极性相
反.图中 U为电源的路端电压,当接上负载电阻 R

形成回路后,电路中将有电流 I流过.
则电源的端电压为:
U=E-IR
0
(1-2)
式(1-2)中,E和 R
0
值为常数.U和 I的关系称为电源的外特性,如图1-2所示.
当 I=0,即电压源开路时,U=U
S
=E,开路电压等于电源的电动势.当 U=0,即电压源
短路时,I=I
S
,I
S
称为短路电流(也称恒电流).
图1-1 电压源的表示符号
     
图1-2 电压源和理想电压源的外特性曲线
图1-3 理想电压源
当 R
0
=0时,路端电压 U恒等于电动势 E,是一定值,而其中
的电流 I则是任意值,由负载电阻 R

及电压 U本身确定,即工作
电流则随负载的变化而变化.这样的电压源称为理想电压源或恒
压源(constantvoltagesource),恒压源的外特性为一条与横轴平行
的直线,如图1-2所示.理想电压源电路如图1-3所示.
理想电压源实际上是不存在的,但在电源内阻 R
0
远小于负载
电阻 R

,内阻上的压降 IR
0
将远小于 U,则可认为 U≈E,基本上恒
定,这时可将此电压源看成是理想电压源.通常用的稳压电源可
认为是一个理想电压源.
2.电流源 电源除用电动势 E和内阻 R
0
串联的电路模型表示外,还可以用另一种电
路并联模型来表示.如将式(1-2)两端除以 R
0
,得
U
R
0

E
R
0
-I=I

-I
I


U
R
0
+I(1-3)
这样,我们就可以用一个电流源 I
S
和一个大内阻 R
0
并联的电路模型去表示一个电源,
此即电流源.电流源模型的表示符号如图1-4所示及其外特性如图1-5所示.
图1-4 电流源电路
     
图1-5 电流源和理想电流源的外特性
图1-6 理想电流源
当电流源开路时,I=0,U=U

=I

R
0
;当其短路时,U=0,I=I

.
内阻 R
0
越大,则直线越陡,R
0
支路对 I
S
的影响就越小.当 R
0


(相当于 R
0
支路断开)时,电流 I将恒等于 I
S
,是一定值,而其两端
的电压 U则是任意值,它不是由电流源本身就能确定的,是由负载
电阻 R
L
及电流 I
S
本身确定的.这样的电源称为理想电流源(ideal
currentsource)或恒流源(constantcurrentsource).理想电流源如图
1-6所示.
理想电流源是不存在的,但是在电源内阻 R
0
远大于负载电
阻 R
L
,即 R
0
�� R
L
时,R
L
支路的分流作用很小,则可认为 I=I
S

本恒定,这时可将此电流源看成是理想电流源.
3.电压源与恒压源、电流源与恒流源的区别和联系 电压源和电流源代表实际电源,
而恒压源和恒流源则分别为它们的理想情况,恒压源与阻抗串联即可组成电压源,恒流源
与阻抗并联就能组成电流源.若电压源的内阻比负载阻抗小得多,随着负载的变化,路端电
压的变化却很小,此时即可把电压源当作恒压源;若电流源的内阻比负载阻抗大得多,路端
电压随负载而变化,但电流的变化却很小,此时即可把电流源当作恒流源.但是,电压源和
电流源可以进行等效互换,而恒压源和恒流源则不能互换.并且,恒压源不允许短路,恒流
源不允许开路,而电压源和电流源却允许短路或开路.
理想电流源与理想电压源只是从电路中抽象出来的一种理想元件,实际上并不存在,
但是从电路理论分析的观点上看,引入这两个理想元件是有用的.例如,晶体管放大电路中
的三极管,其集电极电流基本上只受基极电流的控制而和加在集电极上的电压几乎无关.
在一定的基极电流下,集电极电流几乎是恒定值,对于这样的电流可以用一个受基极电流
控制的电流源来表示.
4.电压源和电流源的等效变换 在实际电源中,其特性与电压源模型接近得较多,而
在原理上与电流源模型完全一致的物理器件还不曾被提出,但像光电池及晶体管的特性比
较接近电流源模型.应当明确指出,电源的这两种模型是为了便于分析问题而提出的,它们
是对同一事物外部特性的两种不同描述.事实上任何电源都可以用这两种模型来描述其特
性.因此,电压源模型与电流源模型是可以等效的.其条件是具有相同的外特性.
如果一个电压源与一个电流源对同一个负载能够提供等值的电压?电流和功率,则这两个
电源对此负载是等效的.换言之,即如果两个电源的外特性相同,则对任何外电路它们都是图1-7 电压源(a)与电流源(b)的等效变换
等效的.具有等效条件的电源互为等效电源.在
电路中用等效电源互相置换后,不影响外电路的
工作状态.含内阻的电压源与电流源等效变换如
图1-7所示.
两者之间进行等效变化的方法如下:
(1)如图1-7(a)所示的电压源等效变化为电
流源时,电流源的电流 I
S
=U
S
/R
0
,即电压源的短路
电流.I
S
流出的方向与 E的正极相对应,与 I
S

联的内阻 R
0
就等于与 E串联的内阻 R
0
,等效变换所得的电流源如图1-7(b)所示.
(2)图1-7(b)所示的电流源等效变换为电压源时,电压源的电动势 E=I
S
R
0
,即电流源
的开路电压,E的正极与 I
S
流出的方向相对应;与 E串联的内阻 R
0
就等于与 I
S
并联的内阻
R
0
,等效变换所得的电压源如图1-7(a)所示.
但是,要注意的是电压源和电流源的等效关系只是对外电路而言的,对电源内部是不
等效的.如图1-7所示,当电流源开路时,电源内部有损耗,I
S
流过 R
0
产生损耗,而当电流
源短路时,电源内部无损耗,R
0
无电流流过.而对于电压源,当电压源开路时,R
0
无电流通
过,电源内部无损耗,而当电压源短路时,R
0
中有电流 I
S
流过,在电源内部产生损耗.
1.1.3 叠加原理
1.叠加定理 叠加原理(superpositiontheorem)是分析线性电路的最基本方法之一,是
线性电路普遍适用的一个基本定理,它是线性电路“齐次性”和“可加性”的体现.其内容
为:任一线性电路中任一支路的电流或电压等于电路中各个独立电源单独作用时在这个支
路所产生的电流或电压的代数和.所谓线性电路,是指由非时变线性无源元件、线性受控源
和独立电源组成的电路.线性电路有许多电路定理可由它导出,利用它还可以把多电源作
用的复杂电路的计算问题,转化为单电源作用的简单电路的计算问题.
该定理一般用在分析计算含有两个或两个以上电源的线性直流电路时,只需求解一条
支路的电压或电流的情况.先分析线性直流电路,对电路每个电源的作用,再分别应用基尔
霍夫定律进行求解,而后叠加.
在应用叠加原理时,要注意以下几点:
(1)分别作出一个电源单独作用的分图,当某一个电源单独作用时,其余电源则“不作
用”.对“不作用”的其余电源,凡是电压源,应令其电动势 E为零,将电压源短路;凡是电流
源,应令其 I
S
为零,将电流源开路,但是其余电源要保留其内阻.
(2)按电阻串、并联的计算方法,分别计算出分图中每一支路中电流或电压分量的大
小和方向.注意,如原电路中各支路电流的参考方向确定后,在求各分电流的代数和时,
各支路中分电流的参考方向与原电路中对应支路电流的参考方向一致者,取正值;相反
者,取负值.
(3)求出各电动势在每个支路中产生电流或电压的代数和.
(4)叠加原理只适用线性电路,而不能用于分析非线性电路.
【例 1-1】 如图1-8(a)所示,试求电流 I.
解:由叠加定理将图1-8(a)中的电流等效为如图1-8(b)?图1-8(c)两图中电流的
叠加.图1-8 例1-1
图1-8(b)中,由闭合电路的欧姆定律:
I′=
U
S
R
1
+R
3
=
12
6+4
=1.2(mA)
电流方向由a指向b.
图1-8(c)中,由并联电流分配的性质:
I″=
R
1
R
1
+R
3
I
S
=
12
6+4
×1=0.6(mA)
电流方向由b指向a.
故所求电流:
I=I′+I″=1.2-0.6=0.6(mA)
叠加时注意点:根据电流的参考方向,确定各分量的正?负号.
【例 1-2】 用叠加原理求图1-9(a)中的 U
ab
.
解:先把图1-9(a)分解成图1-9(b)和图1-9(c)所示的电源单独作用的电路,然后按下
列步骤计算.
图1-9 例1-2
1)如图1-9(b)所示,当电压源单独作用时:
U′
ab
=
1+3×4
1+3+4
1+3×4
1+3+4

前言/序言


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