生物医学电子学PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 电子学在生命科学与医学中的作用 1

1.2 医学电子仪器的一般结构 3

1.3 医学电子仪器的设计 5

1.4 医学测量仪器中的噪声、干扰与误差 7

1.4.1 干扰及其抑制 7

1.4.2 电路噪声 9

1.4.3 人体内部的噪声与人机界面的噪声 13

1.5 医学测量电子仪器的整体设计 15

1.6 本课程的学习方法和要求 16

思考题与习题 16

第2章 传感器与接口电路 18

2.1 概述 18

2.2 热电阻的接口电路 22

2.3 电容传感器的接口电路 24

2.3.1 电容传感器桥式接口电路 25

2.3.2 电容传感器谐振式接口电路 25

2.3.3 电容传感器调频式接口电路 26

2.3.4 电容传感器运算式接口电路 27

2.3.5 电容传感器二极管双T型交流电桥接口电路 28

2.3.6 电容传感器脉冲宽度调制电路 28

2.4 电涡流式传感器的接口电路 29

2.5 电位器式传感器的接口电路 32

2.6 差动变压器式传感器的接口电路 32

2.7 压阻式压力传感器接口电路 35

2.8 压电晶体传感器的接口电路 36

2.9 光电二极管（光电池）的接口电路 37

2.9.1 工作原理 38

2.9.2 光电二极管的接口电路 39

2.10 电化学生物传感器 40

2.10.1 电位法电化学生物传感器（离子电极）接口电路 41

2.10.2 电流法电化学生物传感器接口电路 43

2.11 现代智能型传感器举例 44

2.11.1 摄氏温度集成传感器LM45 45

2.11.2 加速度传感器ADXL50和ADXL05 48

2.11.3 霍尔效应集成电路 55

2.11.4 集成化的光电传感器OTP101 56

思考题与习题 57

第3章 信号放大 59

3.1 概述 59

3.1.1 集成运算放大器的主要直流参数 60

3.1.2 集成运算放大器的主要交流参数 65

3.2 同相放大器 68

3.3 反相放大器 70

3.4 基本差动放大器 71

3.5 仪用放大器 73

3.6 可变增益放大器 76

3.7 隔离放大器 77

思考题与习题 80

第4章 信号滤波 81

4.1 引言 81

4.2 滤波器的主要特性指标 83

4.3 滤波器的传递函数与频率特性 85

4.4 有源滤波器的设计 87

4.4.1 滤波器的公式法设计 88

4.4.2 滤波器的归一化设计 99

4.4.3 滤波器的计算机辅助设计 117

4.4.4 滤波器的类比设计 122

思考题与习题 123

第5章 信号运算 125

5.1 引言 125

5.2 加减运算电路 125

5.2.1 加法运算电路 126

5.2.2 减法运算电路 126

5.3 对数与指数运算电路 127

5.3.1 对数运算电路 127

5.3.2 指数运算电路 129

5.4 乘除与乘方、开方运算电路 130

5.4.1 乘除运算电路 131

5.4.2 乘方和开方运算电路 133

5.5 微分与积分运算电路 133

5.5.1 积分运算电路 133

5.5.2 微分运算电路 137

5.5.3 PID电路 138

5.6 特征值运算电路 144

5.6.1 采样／保持电路 145

5.6.2 绝对值运算电路 148

5.6.3 均值运算电路 149

5.6.4 峰值运算电路 149

5.6.5 有效值运算电路 150

思考题与习题 151

第6章 信号线性变换 153

6.1 概述 153

6.2 电压／电流变换器（VCC）和电流／电压变换器（CVC） 154

6.2.1 电压／电流变换器（VCC） 154

6.2.2 电流／电压变换器（CVC） 157

6.3 波形变换 159

6.3.1 三角波／正弦波的变换方法 160

6.3.2 三角波或正弦波／方波的变换方法 160

6.3.3 方波／三角波或正弦波的变换方法 160

6.4 电压／频率变换与频率／电压变换 161

6.4.1 电压／频率变换电路 161

6.4.2 频率／电压变换电路 164

思考题与习题 165

第7章 信号非线性处理 168

7.1 引言 168

7.2 电压比较器 168

7.2.1 比较器的输入电路 169

7.2.2 比较器的反馈电路 170

7.2.3 比较器的输出箝位 172

7.3 限幅放大器 174

7.4 死区电路 176

思考题与习题 177

第8章 模／数转换与数／模转换 179

8.1 引言 179

8.2 模／数转换器 179

8.2.1 并行比较型模／数转换器 180

8.2.2 逐次逼近比较型模／数转换器 181

8.2.3 积分型模／数转换器 182

8.2.4 压频变换型模／数转换器 185

8.2.5 流水线型模／数转换器 185

8.2.6 ∑—△型模／数转换器 186

8.2.7 模／数转换器的选用 190

8.3 数／模转换（DAC）器 192

8.3.1 DAC的原理 192

8.3.2 DAC的主要性能 197

8.3.3 专用集成DAC器件简介 199

思考题与习题 199

第9章 信号显示 202

9.1 引言 202

9.2 1ED显示器 202

9.2.1 LED显示器的工作原理与特点 202

9.2.2 LED 示器的工作模式与接口电路 203

9.3 LCD显示器 207

9.3.1 LCD显示器的工作原理与特点 207

9.3.2 LCD显示器的工作条件 209

9.3.3 LCD显示器的静态显示模式 210

9.3.4 LCD显示器的动态显示模式 210

9.4 CRT显示技术 211

9.4.1 CRT显示器的工作原理 211

9.4.2 CRT字符显示器 215

9.4.3 数字存储示波器 216

思考题与习题 220

第10章 功率驱动 221

10.1 引 言 221

10.2 普通晶闸管（单向可控硅） 222

10.2.1 工作原理 222

10.2.2 伏安特性 223

10.3 双向晶闸管（双向可控硅） 224

10.3.1 基本结构 224

10.3.2 伏安特性曲线 224

10.3.3 触发方式 226

10.4 晶闸管触发电路 227

10.5 全控型器件 227

10.5.1 电力晶体管GTR 227

10.5.2 电力场效应晶体管MOSFET 228

10.5.3 可关断晶闸管GTO 230

10.6 固态继电器 231

10.6.1 固态继电器分类 231

10.6.2 交流固态继电器的原理 232

10.6.3 直流固态继电器 233

10.6.4 参数固态继电器 234

10.7 功率控制电路 236

10.7.1 导电角控制 236

10.7.2 脉宽调制（PWM）控制电路 247

10.7.3 变频控制电路 254

思考题与习题 263

第11章 控制器件与控制电机 264

11.1 控制器件与控制电机的基础知识 264

11.2 接触器 268

11.2.1 接触器结构和工作原理 268

11.2.2 接触器的分类与型号 270

11.2.3 交流接触器的基本参数 271

11.2.4 交流接触器的应用举例 272

11.3 继电器 273

11.3.1 继电器的作用 273

11.3.2 继电器的结构与符号 274

11.3.3 继电器的分类 276

11.3.4 电磁继电器的主要特性参数 278

11.3.5 继电器的选用 278

11.3.6 电磁继电器的驱动 279

11.4 步进电机 281

11.4.1 步进电机基本结构和工作原理 281

11.4.2 步进电机的种类和基本参数 283

11.4.3 步进电机的特性 284

11.4.4 步进电机的驱动电路 288

11.4.5 步进电机的细分驱动技术 294

思考题与习题 298

第12章 信号遥传 300

12.1 概述 300

12.2 遥传中的基本调制原理 301

12.2.1 正弦波幅度调制及解调 301

12.2.2 正弦波角度调制及解调 305

12.2.3 脉冲调制及解调 312

12.2.4 脉冲编码调制（PCM） 314

12.3 多路复用技术 318

12.3.1 频分法多路复用技术 319

12.3.2 时分法多路复用技术 320

12.4 无线网络技术 322

12.4.1 无线网络技术的优越性 322

12.4.2 常用的几种无线网络技术 322

12.4.3 与有线网络技术的差异 323

思考题与习题 324

第13章 生物医学信号检测 327

13.1 引言 327

13.2 生物电测量电极 331

13.2.1 引导电极的种类 331

13.2.2 生物电极基本知识 331

13.2.3 电极的电性能与等效电路 333

11.2.4 微电极及其等效电路 336

13.3 心电信号检测与心电图机 337

13.3.1 心脏电传导系统和心电图 337

13.3.2 心电图机的结构和功能 339

13.3.3 标准导联系统 341

13.3.4 心电检测中的干扰及其对策 343

13.4 神经系统电信号检测与脑电图机 350

13.4.1 神经系统概述 350

13.4.2 神经系统的电活动 350

13.4.3 脑电图术 351

13.4.4 脑电图机系统 356

13.5 生物电检测前置放大器的设计 359

13.5.1 生物电检测前置放大器的要求 359

13.5.2 生物电检测前置放大器的设计举例 359

13.6 集成生物电检测芯片——AFE 362

13.6.1 ADAS1000系列心电AFE 363

13.6.2 用于脉搏血氧仪的集成模拟前端AFE4490 383

思考题与习题 390

第14章 电疗与电刺激仪器 393

14.1 基础知识 393

14.2 直流电疗与离子导入仪器 394

14.2.1 直流电疗的原理 394

14.2.2 直流电疗设备与治疗方法 398

14.2.3 直流电药物导入的原理 399

14.2.4 直流电药物导入设备 401

14.3 低频电疗仪器 401

14.3.1 治疗原理 402

14.3.2 低频电疗仪器举例 411

14.4 中频电疗仪器 414

14.5 高频与微波电疗仪器 418

14.5.1 高频与微波电疗原理 418

14.5.2 高频与微波电疗仪器举例 422

14.6 植入式电疗仪器 425

14.6.1 心脏起搏器 425

14.6.2 脑深部刺激器 432

思考题与习题 440

第15章 生物电检测仪器 442

15.1 引 言 442

15.2 12导高速心电图机 446

15.2.1 系统结构与硬件电路 447

15.2.2 数字心电信号处理 454

15.2.3 基于TMS320F2812的嵌入式软件 458

15.3 动态脑电地形图仪 458

15.3.1 动态脑电图记录盒 460

15.3.2 脑电前置放大器 461

15.3.3 接触阻抗检测电路 462

15.3.4 大容量存储CF卡的接口 463

15.4 肌电诱发电位测量仪 463

15.4.1 硬件设计 464

15.4.2 软件设计 467

思考题与习题 468

第16章 医学图像仪器 470

16.1 引 言 470

16.2 B型超声成像仪器 470

16.2.1 扫描原理 471

16.2.2 超声回波信号的处理方法 474

16.2.3 系统构成 475

16.2.4 B型超声成像的分辨率 477

16.2.5 B型超声成像仪器中的关键电路 479

16.2.6 超声成像仪器的发展 487

16.3 X射线数字化成像与X-CT系统 491

16.3.1 X射线数字化成像与X-CT的基本原理 492

16.3.2 数字X射线成像与X-CT系统及其关键电路 499

16.3.3 数字X射线成像与X-CT系统的发展 504

16.4 核磁共振成像系统 505

16.4.1 核磁共振成像的基本原理 505

16.4.2 核磁共振成像系统的构成与关键电路 507

16.4.3 核磁共振成像系统的发展 512

思考题与习题 513

第17章 医用电子仪器的电气安全与认证 515

17.1 概述 515

17.2 医疗仪器与设备的电气安全 516

17.2.1 电能的危害与电流的生理效应 516

17.2.2 国家标准9706简介 521

17.2.3 电击及其防止 551

17.3 安全新问题 554

17.3.1 婴儿培养箱 554

17.3.2 核磁共振成像系统中的椅子 555

17.3.3 THERAC-25型治疗仪 555

17.3.4 谁谋杀了患者 557

17.3.5 维护与使用不当 558

17.3.6 手术台上的火光 559

17.4 医学仪器的监管与认证 560

17.4.1 医疗器械的分类与管理 560

17.4.2 医疗器械的注册 561

17.4.3 医疗器械的监管 562

17.4.4 医疗器械生产、经营和使用的审批 562

思考题与习题 564