《医用电子学蚌埠医学院医学影像学系电子电工教研室.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医用电子学蚌埠医学院医学影像学系电子电工教研室.pptx（104页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、为什么要学习这门课程？为什么要学习这门课程？电路应用范围非常广泛，几乎遍布所有行业。医疗仪器：X线机、普通CT机、发射计算机体层成像(ECT)、核磁共振(MRI)、数字减影血管造影(DSA)、多普勒仪、内窥镜系统、超声成像系统、-闪烁成像系统、单光子发射计算机体层成像系统、正电子发射体层成像系统、化疗仪等等，都要用到电子技术。电子与医学关系：电子学促进医学的发展与深入，并为医学诊断与治疗提供丰富的手段。同时医学的发展又对电子学提出了更高的要求，刺激着电子学及相关知识的发展。第1页/共104页1.电路分析：在已知电路的结构、元件、参数的情况下，分析该电路的特点和功能.主要教学内容主要教学内容:2
2、.模拟电路：电子元器件电子电路及其应用二极管三极管集成电路放大滤波电源3.数字电路：第2页/共104页考核方式：理论考核闭卷笔试，占总成绩的50，实验考核占总成绩的30，实验报告与平时成绩占总成绩的20。本课程是电子类课程的基础，学时少，内容多，本课程是电子类课程的基础，学时少，内容多，不能轻视。否则对后续课程的学习影响很大。不能轻视。否则对后续课程的学习影响很大。第3页/共104页参考教材及软件参考教材及软件参考教材：1.秦曾煌.电工学.高教2.电路分析.高教3.华成英,童诗白.模拟电子技术基础.高教软件：1.Pspice2.Multisim第4页/共104页第一章第一章 电路基础电路基础第
3、5页/共104页电路的组成：电源、负载、中间环节1.1 电路的概念举例1：手电筒电第一节直流电路第6页/共104页电路模型电路模型电路模型：理想元件组成的电路电路中的物理量：电流、电阻、电压电流的定义：方向和大小电路中物理量的正方向：实际正方向和假设正方向第7页/共104页电路中物理量的正方向第8页/共104页第9页/共104页解决方法解决方法在解题前先假设一个正方向，作为参考方向；根据电路的定理、定律，列出物理量之间相互关系的代数表达式；根据计算结果确定实际方向，如果计算结果为正数，则实际方向与假设方向一致；如果为负数，则与假设方向相反。第10页/共104页 1.2 1.2 基尔霍夫定律基尔
4、霍夫定律支路(Branch)指在电路中流经一系列电子元件时电流保持不变的电路。（电路的每一个分支）三个名词注释(术语)：节点(Node)指三条及三条以上的支路汇总的地方称为节点。回路(Loop)指电路中的任一闭合路径。用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括电流定律(Kirchhoffs current law,KCL)和电压定律(Kirchhoffs voltage law,KVL)。第11页/共104页支路：ab、ad、.（共6条）回路：abda、bcdb、.（共7 个）结点：a、b、.(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路？
5、支路？结点？结点？回路？回路？第12页/共104页 对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。KCL的依据：电流的连续性 I=0即：I1I2I3I4例或：1-2-1 1-2-1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL)KCL)I入=I出 即：设：流入结点为正，流出结点为负。在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。第13页/共104页电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）I1+I2=I3I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R例例第14页/共104页 对电路中的任一回路，沿任意绕行方向的各段电压降的代数和等于
6、零。即：1-2-2 1-2-2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）即：在任一回路的绕行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。E E、U U和和IRIR与与绕行方向绕行方向相同为正，反之为负。相同为正，反之为负。第15页/共104页例如：回路 a-d-c-a或：注意：与绕行方向相同为正，相反为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第16页/共104页KVLKVL也适合开口电路也适合开口电路例E+_RabUabI第17页/共104页例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？第
7、18页/共104页基尔霍夫电流方程：结点a：结点b：独立方程只有 1 个基尔霍夫电压方程：#1#2#3独立方程只有 2 个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔第19页/共104页设：电路中有N个结点，B个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的结点电流方程有 (N-1)个独立的回路（网孔）电压方程有(B-N+1)个则：（一般为网孔个数）独立电流方程：个独立电压方程：个第20页/共104页1.3理想电源元件理想电压源：指输出端的电压保持不变，变化的是输出电流(Ideal voltage source)恒压源第21页/共104页理想电流源：指输
8、出端的电流保持不变，变化的是输出电压。(Ideal current source)恒流源第22页/共104页一、理想电压源 （恒压源）:RO=0 时的电压源.特点：（3）电源中的电流由外电路（负载）决定。IE+_abUab伏安特性IUabE（2）电源内阻为 “RO=0”。（1）理想电压源的端电压恒定。（4）理想电压源不能短路，不能并联使用。第23页/共104页恒压源中的电流由外电路（负载）决定恒压源中的电流由外电路（负载）决定设:E=10VIE+_abUab2 R1当R1 R2 同时接入时：I=10AR22 例 当R1接入时：I=5A则：第24页/共104页二、理想电流源 （恒流源):):RO
9、=时的电流源 特点：（1）输出电流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性（3）输出电压由外电路决定。（2）理想电流源内阻为无穷大（RO=）。（4）理想电流源不能开路，不能串联使用。第25页/共104页恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1 A R=10 时，U=10 V R=1 时，U=1 V则:例第26页/共104页伏安特性1.电压源模型Ro越大斜率越大三、实际电源模型UIRO+-EIUEIRO第27页/共104页2.2.电流源模型ISRiabUabIIsUabI外特性 电流源模型RiRi越大特性越陡第28页/共104页电压源串联：电流源并联：（电压源
10、不能并联）（电流源不能串联）第29页/共104页两种电源的相互等效两种电源的相互等效第30页/共104页两种电源电源的相互等效E=ISR0 R0=R0第31页/共104页1.4支路电流法（复杂电路分析方法）(Branch current method)(Branch current method)以各支路电流为未知量，应用KCL和KVL列出独立电流、电压方程联立求解各支路电流。解题思路：根据基氏定律，列节点电流 和回路电压方程，然后联立求解。第32页/共104页求：I1、I2、I3 能否很快说出结果？1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3例例第33页/共104页1-5叠加原理（复杂电路分析方
11、法）(Superposition theorem)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。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用+_AE1BI2R1I1R2I3R3E1单独作用第34页/共104页证明证明：BR1E1R2AE2I3R3+_+_（以I3为例）I2I1AI2I1+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3R3R1R2ABE2I3R3+_令：第35页/共104页I3I3令：ABR1E1R2E2I3
12、R3+_+_其中:第36页/共104页例+-10 I4A20V10 10 用叠加原理求：I=?I=2AI=-1AI=I+I=1A+10 I4A10 10+-10 I 20V10 10 解：将电路分解后求解第37页/共104页应用叠加定理要注意的问题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）。2.分解电路时只需保留一个电源，其余电源分解电路时只需保留一个电源，其余电源“除源除源”：即将恒压源短路，即令即将恒压源短路，即令E=0；恒流源开路，即令恒流源开路，即令 Is=0。电路的其余结构和参数不变，电路的其余结构和参数不变，3.解题时要标明各支路电流
13、、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。=+第38页/共104页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：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。设：则：I3R3=+第39页/共104页1-6戴维南定理 (Thevenins theorem)(Thevenins theorem)名词解释：无源二端网络：二端网络中没有电源有源二端网络：二端网络中含有电源二端网络：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”。ABAB第40页/共104页+_ _E ER0R0a ab ba ab bR
14、 Ra ab b无源无源二端二端网络网络 电压源电压源（戴维宁定理）（戴维宁定理）电流源电流源（诺顿定理）（诺顿定理）a ab b有源有源二端二端网络网络a ab bISISR0R0无源二端网络可无源二端网络可化简为一个电阻化简为一个电阻有源二端网络可有源二端网络可化简为一个电源化简为一个电源第41页/共104页有源二端网络R注意：“等效”是指对端口外等效核心内容：有源二端网络用电压源模型等效。RO+_RE第42页/共104页等效电压源的内阻（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）等效电压源的电动势（E）等于有源二端网络的开路电压U0；有源二
15、端网络R有源二端网络AB相应的无源二端网络ABABER0+_RAB第43页/共104页已知：R1=20 、R2=30 R3=30 、R4=20 E=10V求：当 R5=10 时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效电路有源二端网络例第44页/共104页第一步：求开端电压U0第二步：求输入电阻 R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD=2030+3020=24 第45页/共104页+_ER0R5I5等效电路R5I5R1R3+_R2R4E第46页/共104页第三步：求未知电流 I5+_ER0R5I5E=U0=2VR0=24 时第47页/
16、共104页求：U=?4 4 50 5 33 AB1ARL+_8V_+10VCDEU例第48页/共104页第一步：求开端电压U0。_+4 4 50 AB+_8V10VCDEU01A5 此值是所求结果吗？第49页/共104页第二步：求输入电阻 R0R04 4 50 5 AB1A+_8V_+10VCDEU04 4 50 5 第50页/共104页+_ER057 9V33 等效电路4 4 50 5 33 AB1ARL+_8V+10VCDEU第51页/共104页第三步：求解未知电压+_ER057 9V33 第52页/共104页 如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小
17、和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。正弦交流电的优越性：便于传输；便于运算；有利于电器设备的运行；.第二节第二节正弦交流电路正弦交流电路(Sinusoidal alternating current circuit)第53页/共104页正弦交流电也有正方向,一般按正半周的方向假设。实际方向和假设方向一致(正半周)实际方向和假设方向相反ti2.12.1正弦交流电正弦交流电的基本概念的基本概念iuR 三要素：频率(Frequency)f、幅值(Amplitude)Im、Um 初相角(Initial phase)第54页/共104页周期(Period)T T正弦量变化一次所需的时间（单位：
18、s s）频率(Frequency)f f每秒正弦量变化的次数（单位：HzHz）关系：f=1/Tf=1/T中国电力标准频率：50 Hz50 Hz美国：60 Hz60 Hz角频率 ：正弦量每秒转过的弧度(Angular frequency)（一个周期的弧度为2 2 ）(单位：rad/s)rad/s)一、频率与周期第55页/共104页例已知：f=50 Hz,f=50 Hz,求 T T和解：T=1/f=1/50=0.02s=20msT=1/f=1/50=0.02s=20ms第56页/共104页瞬时值(Instantaneous value)正弦量任意瞬间的 值（用i、u、e表示）幅值(Amplitud
19、e)瞬时值之中的最大值（用ImIm、UmUm、EmEm表示）关系：有效值(Effective value)交流电“i”的大小等效于 直流电“I”的热效应。热效应相当二、幅值和有效值第57页/共104页有效值则为：其中：因此：第58页/共104页同理有：例已知：其中求：U U和t=0.1t=0.1秒时的瞬时值解：第59页/共104页：t=0 时的相位，称为初相位或初相角。i：正弦波的相位角或相位三、初相角(Initial phase angle)相位差(Phase difference)第60页/共104页 两个同频率正弦量间的相位差(初相角)t第61页/共104页两种正弦信号的关系同相位 落后
20、于相位落后相位领先领先于与同相位第62页/共104页 三相交流电路：三种电压初相位各差120120。t第63页/共104页瞬时值表达式相量必须小写前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图i 正弦波的表示方法：重点2.22.2正弦交流电的相量正弦交流电的相量(Phasor)(Phasor)表示法表示法第64页/共104页1.1.复数(Complex number)的表示形式代数形式A A=a a(实)+j)+jb b(虚)其中：b ba aA AReReImIm0 0r r由上图可知一、复习复数及其基本运算第65页/共104页三角形式指数形式极坐标形式（欧拉公式）q+q=q+q=qqsinj
21、rcosrreAsinjcosejj第66页/共104页2.2.复数的基本运算（1 1）加、减设：；则：ReReImImB BA AA+BA+BReReImImB BA AA-BA-B-B-B（加）（减）第67页/共104页（2 2）乘、除（乘）设：或：第68页/共104页（除）第69页/共104页3.3.讨论（1 1）设：ReReImImr rr r为旋转因子第70页/共104页（2 2）由欧拉公式可知注意：j j、-j-j、-1-1都是旋转因子第71页/共104页 概念概念：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。矢量长度 =矢量与横轴夹角=初相位矢量以角速度 按
22、逆时针方向旋转二、正弦波的相量表示法第72页/共104页 3.相量符号 包含幅度与相位的信息。有效值1.描述正弦量的有向线段称为相量。若其 幅度用最大值表示 ，则用符号：最大值相量的书写方式2.在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：第73页/共104页 落后于领先 落后？例1：将 u1、u2 用相量表示 相位：幅度：相量大小设：第74页/共104页同频率正弦波的相量画在一起，构成相量图。例2：同频率正弦波相加 -平行四边形法则第75页/共104页注意：注意：1.只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。新问题提出：平行四边形法则可
23、以用于相量运算，但不方便。故引入相量的复数运算法。相量 复数表示法复数运算 第76页/共104页相量的复数表示相量的复数表示ab+1将复数放到复平面上，可如下表示：第77页/共104页欧拉公式 代数式 指数式 极坐标形式abq+q=qsinjcosej第78页/共104页 在第一象限设a、b为正实数在第二象限在第三象限在第四象限第79页/共104页解：例1:已知瞬时值，求相量。已知:求：i 、u 的相量 第80页/共104页220100AV相量图第81页/共104页求：例2：已知相量，求瞬时值。已知：两个频率都为 1000 Hz 的正弦电流其相量形式为：解：第82页/共104页提示提示计算相量
24、的相位角时，要注意所在象限。如：第83页/共104页符号说明瞬时值-小写u、i有效值-大写U、I复数、相量-大写 +“.”最大值-大写+下标第84页/共104页正误判断正误判断？瞬时值复数第85页/共104页 uiR根据 欧姆定律 设则一、一、电阻元件的交流电路电阻元件的交流电路第86页/共104页1.频率相同2.相位相同3.有效值关系：电阻电路中电流、电压的关系4.相量关系：设 则 或第87页/共104页二、电感元件的交流电路三、电容元件的交流电路自学内容第88页/共104页单一参数正弦交流电路的分析计算小结单一参数正弦交流电路的分析计算小结电路参数电路图（正方向）复数阻抗电压、电流关系瞬时
25、值有效值相量图相量式功率有功功率 无功功率Riu设则u、i 同相0LiuCiu设则设则u领先 i 90u落后i 9000基本关系第89页/共104页第三节暂态电路1.1.暂态电路的微积分求解：暂态电路的微积分求解：指按照基尔霍夫第二定律展开指按照基尔霍夫第二定律展开的电压微积方程，利用微分方程的数学性质来求解的电压微积方程，利用微分方程的数学性质来求解ER RS SR RL L+-C1 12 2IcIc第90页/共104页2.2.暂态电路的三要素求解：暂态电路的三要素求解：指电路的初始与终止的稳定时指电路的初始与终止的稳定时展开展开电路开始电路开始工作瞬间工作瞬间U(0U(0U(0U(0-)U
26、(0U(0U(0U(0+)电路工作趋电路工作趋向稳定向稳定U(U(U(U()的电压的电压(或电流或电流)U(0)U(0)U(0)U(0-),U(),U(),U(),U()以及电路的时间常数以及电路的时间常数 按照按照公式公式工作电路中的等效电阻工作电路中的等效电阻与等效电容或电感与等效电容或电感第91页/共104页电路稳定判断依据：电路稳定判断依据：电容稳定的依据：电容稳定的依据：指流经电容器的电流为零。指流经电容器的电流为零。电感稳定的依据：指流经电感器的电感稳定的依据：指流经电感器的电流不随时间变化。电流不随时间变化。电路的等效电阻求法：以电压源的电流流经电容所形成电路的等效电阻求法：以电
27、压源的电流流经电容所形成的支路等效阻抗。的支路等效阻抗。U(U()的求法：电路中的电容的求法：电路中的电容断路断路时，电容器二端的时，电容器二端的电压电压U(U()的求法：电路中的电感的求法：电路中的电感短路短路时，流经电感器的时，流经电感器的电流。电流。第92页/共104页例：电路初始稳定状态：电路初始稳定状态：U U U UC C C C(0(0(0(0-)=U)=U)=U)=UC C C C(0(0(0(0+)=0)=0)=0)=0ER RS SR RL L+-C1 12 2电路开始电路开始工作瞬间工作瞬间U(0U(0U(0U(0-)U(0U(0U(0U(0+)电路初始稳定状态：电路初始
28、稳定状态：U U U UC C C C(0(0(0(0-)=0)=0)=0)=0电路终止稳定状态：电路终止稳定状态：U U U UC C C C()=E)=E)=E)=Et t t t电路初始稳定状态：电路初始稳定状态：U U U UC C C C(0(0(0(0-)=E)=E)=E)=E电路终止稳定状态：电路终止稳定状态：U U U UC C C C()=0)=0)=0)=0U U U UC C C C()第93页/共104页例：1 1ER RS S+-C2 2R RL L以电容二端为端口往以电容二端为端口往电路时间常数电路时间常数 ：里看，得到的总的电阻为等效电阻。里看，得到的总的电阻为等
29、效电阻。ER RS SR RL L+-CER RS SR RL L+-CR R1 1第94页/共104页例：1 1ER RS S+-C2 2R RL L以电容二端为端口往以电容二端为端口往交流电路交流电路里看，得到的总的电阻为等效电阻。里看，得到的总的电阻为等效电阻。ER RS SR RL L+-CER RS SR RL L+-CR R1 1第95页/共104页3.3.电路中谐振频率求法RLCRLC串联电路LRCu电路中虚阻抗为零,此时所对应的频率为谐振频率第96页/共104页RCRC串联电路uRRUCuC第97页/共104页RC串联电路设：第98页/共104页第四节常用滤波电路(理想)低通滤波电路高通滤波电路带通滤波电路带阻滤波电路第99页/共104页低通滤波电路高通滤波电路带通滤波电路带阻滤波电路第100页/共104页Ui(t)Uo(t)电路第101页/共104页Ui(t)Uo(t)电路第102页/共104页低通滤波电路第103页/共104页感谢您的观看！第104页/共104页