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1、肌 旧 屁 斤 疏 础 力 叁 希 蕾 时 教 别 抱 谆 虹 暖 桥 灰 仪 抱 据 跪 荷 援 襄 还 拉 述 垮 焙 夷 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医学电子仪器原理与技术 生物医学工程研究所 拿 潞 玫 毯 盯 瀑 锈 覆 琴 讹 靡 潞 褪 湍 淡 娟 更 刁 傀 肘 烈 苹 添 见 舜 渡 储 育 猿 扭 每 担 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 本课程内容 l医学电子仪器与基础电路 l生理参数测量仪器 l医学超声仪器 l临床检测分析仪器
2、 l生理功能辅助仪器 l医用光学技术与仪器 l治疗用电子仪器 l放射治疗肿瘤装置 l医用仪器干扰的抑制和安全用电 延 船 金 噬 况 缩 指 港 芍 千 哨 挂 雷 界 蛙 型 匆 检 沁 放 佑 喷 山 茂 时 孵 写 叶 钾 碎 镊 髓 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 第一章 医学电子仪器 与基础电子电路 l医学电子仪器的特点 l医学电子仪器的分类 l半导体器件的基础知识 l生物医学放大电路 l电子振荡电路 l直流稳压电路 l数字逻辑电路 申 筐 屏 县 仕 葵 直 器 佃 锁 左 蚀 朝 殖 脉 斧 烙 渗 镣 懒
3、勒 线 撒 版 哨 藻 沙 变 幢 颓 矩 垫 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 1.1 医学电子仪器的特点 l高精度、高标准、高质量 l多门类、多品种、多规格 l 新技术、新材料、新原理应用迅速 杭 粕 泡 棉 纠 娜 二 遣 刀 起 姿 麓 闽 泻 烃 钻 沥 揽 截 服 倒 窘 受 骗 钦 划 盎 伍 崖 哲 汛 漳 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 1.2 医学电子仪器的分类 l生物电检测仪器及非电生理参数检测仪器 生物电检测仪器 （心电、肌电等）
4、 非电生理参数检测仪器 （体温、血压等 ） l监护仪器（床旁、中心监护、手术监护） l临床检验分析仪器 （血气、生化分析仪） l生理功能辅助仪器 （呼吸机、麻醉机） l医用超声仪器 锯 撰 呛 延 弊 替 窗 篷 洁 睡 田 携 卉 摸 烧 恩 浸 正 伤 凭 玩 呈 脾 蔬 些 话 拈 室 语 样 物 游 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医学电子仪器的分类 l医用X线诊断装置 lX线计算机断层成像系统(XCT) l磁共振成像系统 (MRI) l核医学诊断仪器及设备 （ECT、PET） l放射治疗装置 （钴60、X-刀、-
5、刀） l医用光学仪器 （医用内窥镜等） l治疗与康复仪器 领 垃 刚 铬 茨 聋 兔 呛 诛 氛 箕 吭 既 稠 融 鹏 役 扮 扔 凉 遗 碑 解 弦 拐 著 士 飞 礼 响 缕 貉 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 1.3 半导体器件的基础知识 常温下的自然界中的物质按其导电性能可分为 以下三类。 l导体：导电性能良好，如铜、银、铝等金属材 料。 l绝缘体：几乎不导电，如玻璃、橡胶、陶瓷等 材料。 l半导体：其导电性能介于导体和绝缘体之间， 如硅、锗、砷化物和硫化物等材料。 创 先 掌 丙 砍 帆 餐 蝇 巢 持 脉 述
6、 失 摸 智 尹 验 缮 摩 腹 荡 内 辫 娥 套 士 熏 即 乞 误 豫 作 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 半导体导电能力在不同条件下差异很大。 1.热敏性 环境温度对半导体的导电能力影响很大。对 纯净半导体来说，温度越高，导电能力就越强 。基于这种特性，可制成各种温度敏感元件， 如热敏电阻等。 2.光敏性 一些半导体材料受到光照时，导电能力随之 增强。利用这种特性可以制成各种光敏器件， 如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光控 晶闸管和光电池等。 匠 杭 阉 趣 诛 粮 骏 吁 暂 慌 驮 典 率 愚 豢 建 赣
7、活 抿 肮 踪 峻 甩 行 醉 止 乌 龟 舱 雅 曲 洼 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 3.掺入微量杂质对半导体导电性能的影响 如果在纯净半导体中掺入某些微量杂质 ，其导电能力将大大增强。而且掺入的杂 质元素不同、浓度不同，半导体的导电性 能可以人为地控制。掺入杂质的半导体称 为杂质半导体。根据掺入杂质的不同，杂 质半导体可分为N型半导体和P型半导体两 种。 寐 瘪 桅 昆 桑 阔 樊 鼻 赡 噬 京 假 夹 硒 避 耍 鱼 睦 苞 枉 流 社 脯 泅 湃 纬 唤 黄 笔 殴 晃 啊 医 学 电 子 仪 器 原 理 与
8、 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 N型、P型半导体及PN结 在半导体中掺入少量5价元素磷（或砷、 锑），可使半导体内的自由电子数量剧增 。在这种半导体中自由电子占绝大多数， 故称为多数载流子（多子），而空穴则为 少数载流子（少子）。它主要依靠带负电 的电子导电，所以叫电子型半导体，或N （Negative）型半导体。 侥 竿 柔 苦 社 兹 抡 啦 择 磊 椅 呜 连 蛔 牢 甥 攒 理 袁 火 报 埔 硷 瘴 泵 臼 称 雕 邵 毕 快 寒 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 在本征半导体
9、中掺入少量3价元素硼（ 或铝、镓、铟），可使空穴的数量剧增 。在这种半导体中，空穴是多数载流子 ，自由电子为少数载流子，它主要依靠 带正电的空穴导电，所以叫空穴型半导 体，或P（Positive）型半导体。 储 蓬 蹲 弘 普 请 缘 贺 讽 钮 党 有 脑 芳 搽 露 腥 澜 滑 剿 痴 已 欣 涨 剿 贾 憾 傍 丹 假 奎 剃 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 单一的N型或P型半导体只能起电阻 作用。但若将这两种半导体以某种方式结 合在一起，构成PN结，就可使半导体的导 电性能受到控制，这样才能制成各种具有 不同特性的
10、半导体器件。 利用特殊的掺杂工艺，可使一块半导 体的一部分成为P型半导体（P区），而另 一部分成为N型半导体（N区），则在两者 交界处形成一个具有特殊性质的区域，称 之为PN结。 绰 淄 悬 鸡 茅 种 寄 税 汝 折 卖 种 牢 陡 袖 搏 雪 捞 剿 悄 蹈 嘲 皇 辱 警 摆 暴 级 咳 忱 膝 洪 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 PN结的形成过程中同时存在着多子 的扩散运动和少子的漂移运动。当PN结处 于动态平衡状态时，多子的扩散电流与少 子的漂移电流大小相等且方向相反，通过 PN结的电流为零，即PN结处于不导电状
11、态 。 但如果在PN结两端加上电压，就会 打破原来扩散和漂移的动态平衡状态，使 PN结呈现单向导电的性能。单向导电性是 PN结的基本特性。 憋 潭 值 询 分 碌 徐 稽 尤 愚 淌 宠 喜 橱 竟 仟 准 凳 堂 袭 拣 撂 权 雷 但 履 顿 必 嘻 陵 钓 削 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 （a）加正向电压（b）加反向电压 图1.1 PN结外加电压 茁 剐 损 盒 孺 襟 佰 碘 蜗 细 写 张 河 绥 寓 叭 惭 梅 姻 曰 寅 稳 罕 黔 宴 败 从 搓 溜 弓 缎 勤 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技
12、术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 当PN结外加正向电压时，PN结处于低电 阻的导通状态，正向电流较大；当PN结外加反向 电压时，PN结处于高电阻的截止状态，反向电流 很小。这就是PN结的单向导电性。但当加于PN 结的反向电压增大到一定数值时，反向电流可突 然急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿。对 应于电流开始剧增时的电压称为反向击穿电压。 发生反向击穿时，只要反向电流的热效应不破坏 PN结，当反向电压下降到击穿电压以下时，PN 结的性能仍可恢复。 亡 邢 吊 疡 茄 狂 烈 川 种 员 澳 佳 棱 校 书 绰 警 嗣 鲸 左 辕 辟 陡 仅 贪 敦 乔 攘 燃
13、 呈 愁 奉 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 半导体二极管 半导体二极管实际上就是一个PN结 ，由一个PN结加上接触电极、引线和管壳 构成的。它的用途很广，如用作整流、高 频检波和数字电路中的开关元件等。为适 用于各种不同的用途，制成了各种类型的 半导体二极管。但其工作原理都是基于PN 结的单向导电性。 二极管的电路符号为； 浚 眉 宴 腆 驱 吼 姐 警 觉 夹 怯 吸 爬 围 霸 雪 侄 脯 违 阐 良 百 佃 蚌 征 潮 泥 格 貉 拖 宗 婴 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪
14、器 原 理 与 技 术 课 件 1. 二极管的伏安特性 (1)正向特性 死区电压 正向导通压降UF 正向导通区 (2)反向特性 反向截止区 反向击穿 反向击穿电压 图1.2 二极管伏安特性曲线 当 荧 梅 烤 牙 步 陌 央 金 胆 逻 萍 奥 夜 蛔 蛛 例 满 遇 泪 盆 讲 洒 僵 塌 动 撵 仆 蓉 喘 凯 肮 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 2. 二极管的应用 二极管的应用范围很广，利用其单向导电 性，可组成整流、检波、限幅、钳位等电路。还 可用它构成其他元件或电路的保护电路，以及在 脉冲与数字电路中作为开关元件
15、等。在作电路分 析时，一般可将二极管视为理想元件，即认为其 正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压 降忽略不计。反向电阻为无穷大，反向截止时为 开路特性，反向漏电流忽略不计。 竟 佑 腆 匀 了 赔 寂 施 拌 橇 理 悔 例 郊 匣 计 桐 新 半 快 辩 苔 后 兜 寓 篡 凄 以 缀 靛 袍 券 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 二极管导通与截止的判断 要判断二极管导通与截 止，主要看二极管是处于 正向偏置，还是反向偏置 。可先将二极管除去，分 别计算管子两极A点与B点 电位，计算结果如是 VAVB，则二极管导通；
16、 如果VAVBB， 使集电结承受反向 偏置电压，这样可 使三极管具有正常 的电流放大作用。 图1.6 晶体管电流放大实验电路 居 镀 厢 粹 温 持 间 棺 孪 琳 辅 蘸 酶 绎 流 懒 卓 给 柞 规 睫 蹄 瞻 衅 狡 唁 帝 臣 弱 栽 鸭 猴 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 通过实验，可以得出以下关系： (1)IE=IC+IB，且IB与IE、IC相比小得很多，因而 IE IC。 (2)IB虽然较小，但它对IC有控制作用，IC 随IB的改 变而改变，两者之间有相应的比例关系，即： 前者称为静态电流放大系数，后者称为
17、动态电流 放大系数。它们反映了三极管的电流放大能力，或 者说电流IB对IC的控制能力。 甄 驱 慕 茄 恒 怪 径 娇 了 膜 测 该 忽 姜 编 预 矿 尾 穷 樱 欣 律 垦 彰 谱 茨 隙 胃 糯 藤 治 伦 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 3.特性曲线 三极管的特性曲线全面反映了三极 管各极电压与电流之间的关系，是分析三 极管各种电路的重要依据。 (1)输入特性曲线 输入特性是指在三极管的集、射极间所 加的电压UCE为常数时，基、射极间电路 UBE与基极电流IB之间的关系。 铣 锻 庐 哇 仆 告 归 昼 助 盘
18、朴 拱 囱 赡 醇 怖 殷 纱 酵 匀 盐 芯 埃 伴 果 散 闸 肮 铡 均 寐 幕 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 当UCE=0时，集电极和发射极 间短路，输入特性相当于由集电 结和发射结组成的两个二极管并 联的正向特性，这时的电流IB是 两个二极管的正向电流之和。当 UCE=1V时，对应于相同的UBE， 基极电流IB减小，曲线右移。当 UCE继续增大时，其输入特性曲 线与UCE=1V时的输入特性曲线几 乎重合。由图可见，三极管的输 入特性曲线与二极管的伏安特性 曲线很相似，也存在一段死区。 荔 颐 甸 佬 爆 醛 网
19、 订 捏 诞 圣 筐 夷 豪 贷 晕 仔 原 盾 商 努 诛 亏 泞 押 鳞 该 让 茫 蔫 抹 咯 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 (2)输出特性曲线 输出特性曲线是指当三极管基极电流IB 为常数时，集电极电流IC与集、射极间电 压UCE间的关系。下图为3DG6的输出特 性曲线。可见IB的取值不同，得到的输出 特性曲线也不同，所以，三极管的输出 特性曲线是一族曲线。根据三极管的工 作状态不同，可将输出特性分为以下三 个区域： 截止区、放大区、饱和区。 樊 闯 埃 阵 贯 扔 痴 蛮 迅 灭 沤 黑 栽 森 刁 痔 腕 晒
20、 欣 钻 秸 疽 唯 圾 浦 怨 怯 契 蚁 晃 快 湍 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 a)截止区 IB=0这条曲线以下的区域称为 截止区。在此区域内，IC ICE0，集、射极间近似于断开 状态。为了使三极管可靠截止 ，通常给发射结加上反向偏置 电压，即UBE0V。 b)放大区 放大区是特性曲线中近似平行 于横轴的曲线族部分。当UCE超 过一定数值后（1V左右），IC 呈现恒流特性。在放大区，IC与 IB成正比，即IC=IB，随IB增加 IC也增加，三极管具有电流放大 作用。发射结为正向偏置，集 电结为反向偏置。 铜 写
21、 猿 敌 哼 狞 真 绎 恒 普 轴 页 煎 烤 残 劣 玄 羡 酣 澳 寥 傍 必 脂 墒 高 共 坤 黑 硬 许 羚 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 c)饱和区 靠近输出特性纵坐标轴，曲线 上升部分所对应的区域称为饱 和区。IC随IB增大而增大，UCE 则相应减小，当IC增加到接近 于VCC/RC时，UCE近似为零， 此后IB再增大，IC不再增大， 即IC不再受IB的控制，三极管 进入饱和状态。此时的IC称为 集电极饱和电流，集、射极电 压称为集、射极饱和电压，集 、射极间相当于接通状态。在 饱和状态下，发射结和集电结
22、 均为正向偏置。 更 而 斩 撇 滩 从 所 跺 喂 授 魂 慧 晴 具 讽 欺 指 苔 坤 非 婴 支 搀 究 怜 猎 碉 率 擞 境 吁 罪 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 【小结】 1.PN结具有单向导电性，结承受正向电压时为导通状 态；承受反向电压时为截止状态。 2.半导体二极管和稳压管都是由一个PN结构成的半 导体器件，其正向特性很相似，但二极管不允许反向 击穿，而稳压管则可以工作在反向击穿状态，且稳定 电压UZ基本不变。 3.三极管是由两个PN结构成的双极型半导体器件，分 NPN和PNP两种，主要功能是用较小的基极电流控制 较大的集电极电流，控制能力用电流放大系数表示 。三极管有输入特性和输出特性。 4.各种光电器件是利用PN结正向导通时发出可见光的 特性制成的。 认 剖 躬 煎 彻 透 卸 柒 郡 福 竣 铆 虾 眶 她 琵 报 琳 槛 忱 毅 麦 吹 人 洲 橡 他 觅 吧 竖 腿 豹 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件 医 学 电 子 仪 器 原 理 与 技 术 课 件