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編輯推薦

《醫用電子學》可供全國高等醫學院校的檢驗、麻醉、影像、藥學等本科專業學生
使用，也可作為廣大教師和工作人員的學習參考書。

內容簡介

《醫用電子學》注重電子技術的基本概念、基本理論和分析方法，力求簡明扼
要，通俗易懂，圖形符號采用新國標.《醫用電子學》共分十二章，分彆為電路基礎、半
導體器件、基本放大電路、生物醫學常用放大電路、振蕩電路、直流穩壓電
源、數字邏輯電路基礎、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、D/A和A/D轉換電
路、醫學信息檢測和醫學儀器安全使用。

目錄

目錄
前言
第一章　電路基礎（1）
　1.1　電路的基本概念（1）
　1.2　電路的暫態過程（8）
　1.3　正弦交流電路（11）
　小結（20）
　習題（20）
　習題答案（21）
第二章　半導體器件（22）
　2.1　半導體基礎知識（22）
　2.2　半導體二極管（24）
　2.3　半導體三極管（26）
　2.4　場效應管（30）
　小結（37）
　習題（38）
　習題答案（39）
第三章　基本放大電路（41）
　3.1　共發射極放大電路（41）
　3.2　共集電極放大電路和共基極放大電路（51）
　3.3　多級放大電路（54）
　3.4　場效應管放大電路（57）
　小結（61）
　習題（61）
　習題答案（64）
第四章　生物醫學常用放大電路（65）
　4.1　生物電信號的特點（65）
　4.2　直流放大電路（65）
　4.3　集成運算放大電路（74）
　4.4　負反饋放大器（76）
　4.5　集成運算放大電路的應用（81）
　4.6　功率放大電路（90）
　小結（94）
　習題（95）
　習題答案（97）
第五章　振蕩電路（98）
　5.1　正弦波振蕩電路（98）
　5.2　石英晶體振蕩電路（106）
　5.3　非正弦振蕩電路（108）
　小結（110）
　習題（110）
　習題答案（111）
第六章　直流穩壓電源（112）
　6.1　單相整流電路（112）
　6.2　濾波電路（115）
　6.3　穩壓電路（118）
　6.4　開關穩壓電路（125）
　小結（127）
　習題（128）
　習題答案（130）
第七章　數字邏輯電路基礎（131）
　7.1　數字電路基礎（131）
　7.2　邏輯函數（135）
　7.3　邏輯代數（140）
　7.4　邏輯函數卡諾圖化簡法（141）
　7.5　分立元件門電路（145）
　小結（147）
　習題（147）
　習題答案（148）
第八章　組閤邏輯電路（150）
　8.1　集成門電路（150）
　8.2　半加器和全加器（155）
　8.3　編碼器和譯碼器（157）
　8.4　數據選擇器（161）
　8.5　組閤邏輯電路的分析與設計（163）
　小結（166）
　習題（166）
　習題答案（167）
第九章　時序邏輯電路（169）
　9.1　集成觸發器（169）
　9.2　寄存器（178）
　9.3　計數器（181）
　小結（188）
　習題（189）
　習題答案（191）
第十章　D／A和 A／D轉換電路（193）
　10.1　Ｄ／Ａ轉換器（193）
　10.2　Ａ／Ｄ轉換器（197）
　10.3　Ｄ／Ａ與Ａ／Ｄ轉換器的應用（205）
　小結（206）
　習題（206）
　習題答案（207）
第十一章　醫學信息檢測（208）
　11.1　生物醫學信號的檢測（208）
　11.2　生物醫學傳感器（214）
　11.3　生物醫學信號檢測中的乾擾及噪聲（219）
　小結（226）
　習題（226）
　習題答案（226）
第十二章　醫學儀器安全使用（228）
　12.1　人身安全（228）
　12.2　醫學儀器安全使用（232）
　小結（237）
　習題（237）
　習題答案（237）
參考文獻（240）
附錄 A　漢英專業詞匯對照（241）
附錄 B　符號（243）

精彩書摘

第一章　電路基礎
通常使用的電源有直流電源和交流電源兩種，對應的接入電路也有兩種，直流電路和
交流電路，它們各有其特殊性.本章主要討論兩種電路的基本規律和基本分析方法.
1.1　電路的基本概念
1.1.1　電源電動勢
　　導體兩端隻要存在電勢差，就能産生電流.要維持導體內連續不斷的電流，就必須在導
體兩端保持一定的電勢差.為此，就需要電源（source）.例如，假設把兩個電勢不等的導體
用導綫連接起來，在靜電力的作用下，正電荷由電勢高的一端嚮電勢低的一端做定嚮移動，
導綫中就産生瞭短暫的電流（current）.要形成持續電流：第一，要有可以自由移動的電荷；
第二，始終要有能使電荷做定嚮移動的電場，即要保持一定的電勢差.對一段電路而言，在
靜電力的作用下，原電勢高的一端，正電荷不斷減少，原電勢低的一端，正電荷不斷增多.因
此，僅有靜電力的作用是不能形成持續電流的，必須依靠某種非靜電力。正電荷在靜電力
的作用下，從電勢高的一端嚮電勢低的一端移動的同時，非靜電力將等量正電荷從電勢低
的一端，由另外一條通路移送到電勢高的一端，使導體兩端的電勢差保持不變，從而形成持
續電流.能夠提供非靜電力的裝置稱為電源.非靜電力隻在電源內部起作用，而且，非靜電
力在移送電荷的時候，就要剋服電場力做功，做功必消耗能量，而做功的結果增加瞭電荷的
電勢能，這就意味著，電荷的電能來自其他形式的能量.所以，電源是一種把其他形式的能
量轉換為電能的裝置.
不同的電源，把其他形式的能量轉換成電能的能力不同，即電源的非靜電力在電源內
部把相同數量的正電荷由負極移送到正極所做的功不相同.也就是不同的電源的非靜電力
做功的能力不同.為瞭衡量電源的這一能力，引入一個物理量—電動勢（electromotive
force）.
如果一個電源的非靜電力在電源內部移送 q庫侖電量作瞭 A焦耳的功，那麼這個電源
的電動勢是：
E＝
A
q
（1-1）
電動勢是標量，單位為伏特（V）.
1.1.2　電壓源、電流源
電源設備的種類很多，按其特點可分為電壓源（voltagesource）和電流源（current
source）；獨立電源和受控電源；理想電源和實際電源；直流電源和交流電源等.電源是任何
電路中都不可缺少的重要組成部分，它是電路中電能的來源.發電機、電池、信號源等都是
實際電源，在電路分析中，常用等效電路來替代實際元件.電源的等效電路有兩種形式錶示，一種是電壓源，另一種是電流源.電壓源和電流源是從實際電源抽象得到的電路模型.
本節著重討論理想和實際的直流獨立電壓源及電流源的符號錶示、特點及應用.
1.電壓源　實際工程上的電源，如電池、發電機等都接近電壓源.人們對電壓源比較
熟悉，在電源內部有外力（電池中是化學力，發電機中是電磁力），使正負電荷分彆嚮兩端積
纍，在內部形成電場.當外力和電場力平衡時，電荷不再增加，建立起一定的電動勢和端電
壓，具有恒定端電壓的電源就叫直流電壓源.按電動勢的變化規律將電壓源分為直流電壓
源與交流電壓源兩種.從能量觀點考慮,理想電壓源(idealvoltagesource）純粹是一個供能
元件，供給外電路的耗能元件的能量，是一個很大的功率源.將這個概念推廣到更一般的情
況，電壓源是指一個二端元件，元件的電壓與通過它的電流無關，電壓總保持為某給定的時
間函數.
任何一個電源，都含有電動勢 E和小內阻 R
0
.電壓源的錶示符號如圖1-1的虛綫框所
示，U
S
為電壓源的恒值電壓（也稱空載電壓，簡稱恒電壓），與電動勢 E的大小相等，極性相
反.圖中 U為電源的路端電壓，當接上負載電阻 R
Ｌ
形成迴路後，電路中將有電流 I流過.
則電源的端電壓為：
U＝E－IR
0
（1-2）
式（1-2）中，E和 R
0
值為常數.U和 I的關係稱為電源的外特性，如圖1-2所示.
當 I＝0，即電壓源開路時，U＝U
S
＝E，開路電壓等於電源的電動勢.當 U＝0，即電壓源
短路時，I＝I
S
，I
S
稱為短路電流（也稱恒電流）.
圖1-1　電壓源的錶示符號
　　　　　
圖1-2　電壓源和理想電壓源的外特性麯綫
圖1-3　理想電壓源
當 R
0
＝0時，路端電壓 U恒等於電動勢 E，是一定值，而其中
的電流 I則是任意值，由負載電阻 R
Ｌ
及電壓 U本身確定，即工作
電流則隨負載的變化而變化.這樣的電壓源稱為理想電壓源或恒
壓源（constantvoltagesource），恒壓源的外特性為一條與橫軸平行
的直綫，如圖1-2所示.理想電壓源電路如圖1-3所示.
理想電壓源實際上是不存在的，但在電源內阻 R
0
遠小於負載
電阻 R
Ｌ
，內阻上的壓降 IR
0
將遠小於 U，則可認為 U≈E，基本上恒
定，這時可將此電壓源看成是理想電壓源.通常用的穩壓電源可
認為是一個理想電壓源.
2.電流源　電源除用電動勢 E和內阻 R
0
串聯的電路模型錶示外，還可以用另一種電
路並聯模型來錶示.如將式（1-2）兩端除以 R
0
，得
U
R
0
＝
E
R
0
－I＝I
Ｓ
－I
I
Ｓ
＝
U
R
0
＋I（1-3）
這樣，我們就可以用一個電流源 I
S
和一個大內阻 R
0
並聯的電路模型去錶示一個電源，
此即電流源.電流源模型的錶示符號如圖1-4所示及其外特性如圖1-5所示.
圖1-4　電流源電路
　　　　　
圖1-5　電流源和理想電流源的外特性
圖1-6　理想電流源
當電流源開路時，I＝0，U＝U
Ｏ
＝I
Ｓ
R
0
；當其短路時，U＝0，I＝I
Ｓ
.
內阻 R
0
越大，則直綫越陡，R
0
支路對 I
S
的影響就越小.當 R
0
＝
∞
（相當於 R
0
支路斷開）時，電流 I將恒等於 I
S
,是一定值,而其兩端
的電壓 U則是任意值，它不是由電流源本身就能確定的，是由負載
電阻 R
L
及電流 I
S
本身確定的.這樣的電源稱為理想電流源（ideal
currentsource)或恒流源(constantcurrentsource).理想電流源如圖
1-6所示.
理想電流源是不存在的，但是在電源內阻 R
0
遠大於負載電
阻 R
L
，即 R
0
�� R
L
時，R
L
支路的分流作用很小，則可認為 I＝I
S
基
本恒定，這時可將此電流源看成是理想電流源.
3.電壓源與恒壓源、電流源與恒流源的區彆和聯係　電壓源和電流源代錶實際電源，
而恒壓源和恒流源則分彆為它們的理想情況，恒壓源與阻抗串聯即可組成電壓源，恒流源
與阻抗並聯就能組成電流源.若電壓源的內阻比負載阻抗小得多，隨著負載的變化，路端電
壓的變化卻很小，此時即可把電壓源當作恒壓源；若電流源的內阻比負載阻抗大得多，路端
電壓隨負載而變化，但電流的變化卻很小，此時即可把電流源當作恒流源.但是，電壓源和
電流源可以進行等效互換，而恒壓源和恒流源則不能互換.並且，恒壓源不允許短路，恒流
源不允許開路，而電壓源和電流源卻允許短路或開路.
理想電流源與理想電壓源隻是從電路中抽象齣來的一種理想元件，實際上並不存在，
但是從電路理論分析的觀點上看，引入這兩個理想元件是有用的.例如，晶體管放大電路中
的三極管，其集電極電流基本上隻受基極電流的控製而和加在集電極上的電壓幾乎無關.
在一定的基極電流下，集電極電流幾乎是恒定值，對於這樣的電流可以用一個受基極電流
控製的電流源來錶示.
4.電壓源和電流源的等效變換　在實際電源中，其特性與電壓源模型接近得較多，而
在原理上與電流源模型完全一緻的物理器件還不曾被提齣，但像光電池及晶體管的特性比
較接近電流源模型.應當明確指齣，電源的這兩種模型是為瞭便於分析問題而提齣的，它們
是對同一事物外部特性的兩種不同描述.事實上任何電源都可以用這兩種模型來描述其特
性.因此,電壓源模型與電流源模型是可以等效的.其條件是具有相同的外特性.
如果一個電壓源與一個電流源對同一個負載能夠提供等值的電壓?電流和功率,則這兩個
電源對此負載是等效的.換言之,即如果兩個電源的外特性相同,則對任何外電路它們都是圖1-7 電壓源(a)與電流源(b)的等效變換
等效的.具有等效條件的電源互為等效電源.在
電路中用等效電源互相置換後,不影響外電路的
工作狀態.含內阻的電壓源與電流源等效變換如
圖1-7所示.
兩者之間進行等效變化的方法如下:
(1)如圖1-7(a)所示的電壓源等效變化為電
流源時,電流源的電流 I
S
=U
S
/R
0
,即電壓源的短路
電流.I
S
流齣的方嚮與 E的正極相對應,與 I
S
並
聯的內阻 R
0
就等於與 E串聯的內阻 R
0
,等效變換所得的電流源如圖1-7(b)所示.
(2)圖1-7(b)所示的電流源等效變換為電壓源時,電壓源的電動勢 E=I
S
R
0
,即電流源
的開路電壓,E的正極與 I
S
流齣的方嚮相對應;與 E串聯的內阻 R
0
就等於與 I
S
並聯的內阻
R
0
,等效變換所得的電壓源如圖1-7(a)所示.
但是,要注意的是電壓源和電流源的等效關係隻是對外電路而言的,對電源內部是不
等效的.如圖1-7所示,當電流源開路時,電源內部有損耗,I
S
流過 R
0
産生損耗,而當電流
源短路時,電源內部無損耗,R
0
無電流流過.而對於電壓源,當電壓源開路時,R
0
無電流通
過，電源內部無損耗，而當電壓源短路時，R
0
中有電流 I
S
流過，在電源內部産生損耗.
1.1.3　疊加原理
1.疊加定理　疊加原理（superpositiontheorem）是分析綫性電路的最基本方法之一，是
綫性電路普遍適用的一個基本定理，它是綫性電路“齊次性”和“可加性”的體現.其內容
為：任一綫性電路中任一支路的電流或電壓等於電路中各個獨立電源單獨作用時在這個支
路所産生的電流或電壓的代數和.所謂綫性電路，是指由非時變綫性無源元件、綫性受控源
和獨立電源組成的電路.綫性電路有許多電路定理可由它導齣，利用它還可以把多電源作
用的復雜電路的計算問題，轉化為單電源作用的簡單電路的計算問題.
該定理一般用在分析計算含有兩個或兩個以上電源的綫性直流電路時，隻需求解一條
支路的電壓或電流的情況.先分析綫性直流電路，對電路每個電源的作用，再分彆應用基爾
霍夫定律進行求解，而後疊加.
在應用疊加原理時，要注意以下幾點：
（1）分彆作齣一個電源單獨作用的分圖，當某一個電源單獨作用時，其餘電源則“不作
用”.對“不作用”的其餘電源，凡是電壓源，應令其電動勢 E為零，將電壓源短路；凡是電流
源，應令其 I
S
為零，將電流源開路，但是其餘電源要保留其內阻.
（2）按電阻串、並聯的計算方法，分彆計算齣分圖中每一支路中電流或電壓分量的大
小和方嚮.注意,如原電路中各支路電流的參考方嚮確定後,在求各分電流的代數和時,
各支路中分電流的參考方嚮與原電路中對應支路電流的參考方嚮一緻者,取正值;相反
者,取負值.
(3)求齣各電動勢在每個支路中産生電流或電壓的代數和.
(4)疊加原理隻適用綫性電路,而不能用於分析非綫性電路.
【例 1-1】 如圖1-8(a)所示,試求電流 I.
解:由疊加定理將圖1-8(a)中的電流等效為如圖1-8(b)?圖1-8(c)兩圖中電流的
疊加.圖1-8 例1-1
圖1-8(b)中,由閉閤電路的歐姆定律:
I′=
U
S
R
1
+R
3
=
12
6+4
=1.2(mA)
電流方嚮由a指嚮b.
圖1-8(c)中,由並聯電流分配的性質:
I″=
R
1
R
1
+R
3
I
S
=
12
6+4
×1=0.6(mA)
電流方嚮由b指嚮a.
故所求電流:
I=I′+I″=1.2-0.6=0.6(mA)
疊加時注意點:根據電流的參考方嚮,確定各分量的正?負號.
【例 1-2】 用疊加原理求圖1-9(a)中的 U
ab
.
解:先把圖1-9(a)分解成圖1-9(b)和圖1-9(c)所示的電源單獨作用的電路,然後按下
列步驟計算.
圖1-9 例1-2
1)如圖1-9(b)所示,當電壓源單獨作用時:
U′
ab
=
1+3×4
1+3+4
1+3×4
1+3+4

前言/序言

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