生物医学电子学
出版时间:
2020-12
版次:
1
ISBN:
9787121384301
定价:
72.00
装帧:
其他
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
332页
字数:
558千字
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本教材的编写立足于工程教育的原则，以“设计”能力和“性能（精度）”为准则，系统、全面、详细地介绍了生物医学电子学的基本原理、常用电路及其设计、典型医学仪器的原理和构成。从元器件的参数到单元电路的特点与性能，从电路的前、后级电路的连接关系到系统的设计，从原理性电路到现时较先进的SoC器件，力求为读者提供生物医学电子学从细节到宏观的，系统、全面、深入的认识。本教材可用于本科生物医学工程、电子技术应用和机电一体化等专业的相关课程。 李刚，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授，博士生导师（生物医学工程、仪器科学与技术两个学科）。主要研究领域：生物医学工程、信息检测与处理、嵌入式计算机及其应用。主持和参与了30多项国际合作、国家自然科学基金、省部委以及企业合作项目。在国际和国内学术刊物与会议上发表论文700多篇，其中EI检索280多篇、SCI检索158篇。获得国家发明专利100多项和已申请130多项。主编并出版教材和著作36本。已培养毕业博士近40名和硕士150多名，在学博士研究生15名和硕士研究生8名。获天津市\"51”劳动奖章、中国仪器仪表学会创新奖和天津市先进教师称号等各种奖励50多项。 天津市精品课程《生物医学电子学》负责人和主讲教师，国家精品课程《测控电路》主讲者之一。 目 录
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 2
1.3 医学电子仪器的设计 4
1.4 医学电子仪器中的噪声、干扰与误差 5
1.4.1 干扰及其抑制 6
1.4.2 电路噪声 7
1.4.3 人体内部的噪声与人机界面的噪声 11
1.5 医学电子仪器的整体设计 12
1.6 生物医学电子学的学习方法和要求 13
思考题与习题 13
第2章 信号放大 15
2.1 概述 15
2.1.1 运算放大器的主要直流参数 16
2.1.2 运算放大器的主要交流参数 20
2.2 同相放大器 23
2.3 反相放大器 24
2.4 基本差动放大器 25
2.5 仪用放大器 27
2.6 可变增益放大器 29
2.7 隔离放大器 31
思考题与习题 33
第3章 信号滤波 36
3.1 引言 36
3.2 滤波器的主要特性指标 37
3.3 滤波器的传递函数与频率特性 39
3.4 有源滤波器的设计 41
3.4.1 滤波器的公式法设计 42
3.4.2 滤波器的归一化设计 51
3.4.3 滤波器的计算机辅助设计 67
3.4.4 滤波器的类比设计 73
思考题与习题 73
第4章 信号运算 75
4.1 引言 75
4.2 加减运算电路 75
4.2.1 加法运算电路 75
4.2.2 减法运算电路 76
4.3 对数与指数运算电路 77
4.3.1 对数运算电路 77
4.3.2 指数运算电路 79
4.4 乘除与乘方、开方运算电路 80
4.4.1 乘除运算电路 80
4.4.2 乘方和开方运算电路 82
4.5 微分与积分运算电路 82
4.5.1 积分运算电路 82
4.5.2 微分运算电路 86
4.5.3 PID电路 87
4.6 特征值运算电路 92
4.6.1 采样/保持电路 92
4.6.2 绝对值运算电路 95
4.6.3 均值运算电路 96
4.6.4 峰值运算电路 97
4.6.5 有效值运算电路 97
思考题与习题 98
第5章 信号变换 100
5.1 概述 100
5.2 电压-电流变换器（VCC）和电流-电压变换器（CVC） 101
5.2.1 电压-电流变换器（VCC） 101
5.2.2 电流-电压变换器（CVC） 106
5.3 波形变换 112
5.3.1 三角波-正弦波的变换方法 112
5.3.2 三角波或正弦波-方波的变换方法 113
5.3.3 方波-三角波或正弦波的变换方法 113
5.4 电压-频率变换与频率-电压变换 113
5.4.1 电压-频率变换电路 114
5.4.2 频率-电压变换电路 116
5.4.3 电压-频率变换与频率-电压变换集成电路 117
思考题与习题 121
第6章 信号非线性处理 124
6.1 引言 124
6.2 电压比较器 124
6.2.1 比较器的输入电路 125
6.2.2 比较器的反馈电路 126
6.2.3 比较器的输出钳位 128
6.3 限幅放大器 129
6.4 死区电路 131
思考题与习题 132
第7章 模拟-数字转换与数字-模拟转换 134
7.1 引言 134
7.2 模-数转换器（ADC） 134
7.2.1 并行比较型模-数转换器 135
7.2.2 逐次逼近比较型模-数转换器 136
7.2.3 积分型模-数转换器 137
7.2.4 压频变换型模-数转换器 139
7.2.5 流水线型模-数转换器 139
7.2.6 ∑-?型模-数转换器 140
7.2.7 ADC的选用 145
7.3 数-模转换器（DAC） 146
7.3.1 DAC的原理 146
7.3.2 DAC的主要性能 150
7.3.3 专用集成DAC简介 151
思考题与习题 152
第8章 生物医学信号检测 155
8.1 引言 155
8.2 生物电测量电极 158
8.2.1 引导电极的种类 158
8.2.2 生物电极基本知识 159
8.2.3 电极的电性能与等效电路 160
8.2.4 微电极及其等效电路 162
8.3 心电信号检测与心电图机 163
8.3.1 心脏电传导系统和心电图 163
8.3.2 心电图机的结构和功能 165
8.3.3 标准导联系统 166
8.3.4 心电检测中的干扰及对策 168
8.4 神经系统电信号检测与脑电图机 174
8.4.1 神经系统概述 174
8.4.2 神经系统的电活动 174
8.4.3 脑电图术 175
8.4.4 脑电图机系统 180
8.5 生物电检测前置放大器的设计 181
8.5.1 生物电检测前置放大器的要求 181
8.5.2 生物电检测前置放大器的设计举例 182
8.6 集成生物电检测芯片—AFE 184
8.6.1 ADAS1000系列心电AFE 185
8.6.2 用于脉搏血氧仪的集成模拟前端AFE4490 206
思考题与习题 213
第9章 传感器接口电路 215
9.1 概述 215
9.2 无源阻抗型传感器接口电路 218
9.2.1 伏安法阻抗测量 219
9.2.2 半桥测量电路 219
9.2.3 桥式测量电路 220
9.2.4 四线制阻抗（电阻）型传感器测量电路 221
9.2.5 无源阻抗型传感器的集成接口电路 223
9.3 有源传感器接口电路 246
9.3.1 光电二极管接口电路 246
9.3.2 压电晶体（传感器）接口电路 249
9.3.3 pH电极接口电路 251
9.3.4 热电（热释电型与热电堆型）红外探测（传感）器接口电路 254
9.4 电化学生物传感器接口电路 259
9.4.1 电流法电化学生物传感器接口电路 260
9.4.2 近红外气体传感器接口电路 262
9.5 特殊传感器接口电路 265
9.5.1 体重与体成分测量模拟前端AFE4300 265
9.5.2 集成液位传感器LM1042 270
9.5.3 基于16位RISC微控制器的超声波测距系统MAXQ7667 273
9.5.4 高性能Σ-?型模-数转换器AD7768-1 275
思考题与习题 278
第10章 功率驱动与电源 279
10.1 引言 279
10.2 功率驱动电路与信号处理电路的对比 280
10.3 功率驱动电路与电源的两种电路形式—线性与开关 282
10.4 开关功率驱动电路与电源的电路形式 285
10.4.1 开关功率驱动电路 285
10.4.2 开关电源（直流-直流变换器） 291
10.5 单电源供电中的信号地 305
10.5.1 作为电源的“信号地” 305
10.5.2 “信号地”的产生 306
10.5.3 “虚地发生器”集成电路 307
10.6 能量收获 308
思考题与习题 320
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内容简介:
本教材的编写立足于工程教育的原则，以“设计”能力和“性能（精度）”为准则，系统、全面、详细地介绍了生物医学电子学的基本原理、常用电路及其设计、典型医学仪器的原理和构成。从元器件的参数到单元电路的特点与性能，从电路的前、后级电路的连接关系到系统的设计，从原理性电路到现时较先进的SoC器件，力求为读者提供生物医学电子学从细节到宏观的，系统、全面、深入的认识。本教材可用于本科生物医学工程、电子技术应用和机电一体化等专业的相关课程。
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作者简介:
李刚，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授，博士生导师（生物医学工程、仪器科学与技术两个学科）。主要研究领域：生物医学工程、信息检测与处理、嵌入式计算机及其应用。主持和参与了30多项国际合作、国家自然科学基金、省部委以及企业合作项目。在国际和国内学术刊物与会议上发表论文700多篇，其中EI检索280多篇、SCI检索158篇。获得国家发明专利100多项和已申请130多项。主编并出版教材和著作36本。已培养毕业博士近40名和硕士150多名，在学博士研究生15名和硕士研究生8名。获天津市\"51”劳动奖章、中国仪器仪表学会创新奖和天津市先进教师称号等各种奖励50多项。 天津市精品课程《生物医学电子学》负责人和主讲教师，国家精品课程《测控电路》主讲者之一。
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目录:
目 录
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 2
1.3 医学电子仪器的设计 4
1.4 医学电子仪器中的噪声、干扰与误差 5
1.4.1 干扰及其抑制 6
1.4.2 电路噪声 7
1.4.3 人体内部的噪声与人机界面的噪声 11
1.5 医学电子仪器的整体设计 12
1.6 生物医学电子学的学习方法和要求 13
思考题与习题 13
第2章 信号放大 15
2.1 概述 15
2.1.1 运算放大器的主要直流参数 16
2.1.2 运算放大器的主要交流参数 20
2.2 同相放大器 23
2.3 反相放大器 24
2.4 基本差动放大器 25
2.5 仪用放大器 27
2.6 可变增益放大器 29
2.7 隔离放大器 31
思考题与习题 33
第3章 信号滤波 36
3.1 引言 36
3.2 滤波器的主要特性指标 37
3.3 滤波器的传递函数与频率特性 39
3.4 有源滤波器的设计 41
3.4.1 滤波器的公式法设计 42
3.4.2 滤波器的归一化设计 51
3.4.3 滤波器的计算机辅助设计 67
3.4.4 滤波器的类比设计 73
思考题与习题 73
第4章 信号运算 75
4.1 引言 75
4.2 加减运算电路 75
4.2.1 加法运算电路 75
4.2.2 减法运算电路 76
4.3 对数与指数运算电路 77
4.3.1 对数运算电路 77
4.3.2 指数运算电路 79
4.4 乘除与乘方、开方运算电路 80
4.4.1 乘除运算电路 80
4.4.2 乘方和开方运算电路 82
4.5 微分与积分运算电路 82
4.5.1 积分运算电路 82
4.5.2 微分运算电路 86
4.5.3 PID电路 87
4.6 特征值运算电路 92
4.6.1 采样/保持电路 92
4.6.2 绝对值运算电路 95
4.6.3 均值运算电路 96
4.6.4 峰值运算电路 97
4.6.5 有效值运算电路 97
思考题与习题 98
第5章 信号变换 100
5.1 概述 100
5.2 电压-电流变换器（VCC）和电流-电压变换器（CVC） 101
5.2.1 电压-电流变换器（VCC） 101
5.2.2 电流-电压变换器（CVC） 106
5.3 波形变换 112
5.3.1 三角波-正弦波的变换方法 112
5.3.2 三角波或正弦波-方波的变换方法 113
5.3.3 方波-三角波或正弦波的变换方法 113
5.4 电压-频率变换与频率-电压变换 113
5.4.1 电压-频率变换电路 114
5.4.2 频率-电压变换电路 116
5.4.3 电压-频率变换与频率-电压变换集成电路 117
思考题与习题 121
第6章 信号非线性处理 124
6.1 引言 124
6.2 电压比较器 124
6.2.1 比较器的输入电路 125
6.2.2 比较器的反馈电路 126
6.2.3 比较器的输出钳位 128
6.3 限幅放大器 129
6.4 死区电路 131
思考题与习题 132
第7章 模拟-数字转换与数字-模拟转换 134
7.1 引言 134
7.2 模-数转换器（ADC） 134
7.2.1 并行比较型模-数转换器 135
7.2.2 逐次逼近比较型模-数转换器 136
7.2.3 积分型模-数转换器 137
7.2.4 压频变换型模-数转换器 139
7.2.5 流水线型模-数转换器 139
7.2.6 ∑-?型模-数转换器 140
7.2.7 ADC的选用 145
7.3 数-模转换器（DAC） 146
7.3.1 DAC的原理 146
7.3.2 DAC的主要性能 150
7.3.3 专用集成DAC简介 151
思考题与习题 152
第8章 生物医学信号检测 155
8.1 引言 155
8.2 生物电测量电极 158
8.2.1 引导电极的种类 158
8.2.2 生物电极基本知识 159
8.2.3 电极的电性能与等效电路 160
8.2.4 微电极及其等效电路 162
8.3 心电信号检测与心电图机 163
8.3.1 心脏电传导系统和心电图 163
8.3.2 心电图机的结构和功能 165
8.3.3 标准导联系统 166
8.3.4 心电检测中的干扰及对策 168
8.4 神经系统电信号检测与脑电图机 174
8.4.1 神经系统概述 174
8.4.2 神经系统的电活动 174
8.4.3 脑电图术 175
8.4.4 脑电图机系统 180
8.5 生物电检测前置放大器的设计 181
8.5.1 生物电检测前置放大器的要求 181
8.5.2 生物电检测前置放大器的设计举例 182
8.6 集成生物电检测芯片—AFE 184
8.6.1 ADAS1000系列心电AFE 185
8.6.2 用于脉搏血氧仪的集成模拟前端AFE4490 206
思考题与习题 213
第9章 传感器接口电路 215
9.1 概述 215
9.2 无源阻抗型传感器接口电路 218
9.2.1 伏安法阻抗测量 219
9.2.2 半桥测量电路 219
9.2.3 桥式测量电路 220
9.2.4 四线制阻抗（电阻）型传感器测量电路 221
9.2.5 无源阻抗型传感器的集成接口电路 223
9.3 有源传感器接口电路 246
9.3.1 光电二极管接口电路 246
9.3.2 压电晶体（传感器）接口电路 249
9.3.3 pH电极接口电路 251
9.3.4 热电（热释电型与热电堆型）红外探测（传感）器接口电路 254
9.4 电化学生物传感器接口电路 259
9.4.1 电流法电化学生物传感器接口电路 260
9.4.2 近红外气体传感器接口电路 262
9.5 特殊传感器接口电路 265
9.5.1 体重与体成分测量模拟前端AFE4300 265
9.5.2 集成液位传感器LM1042 270
9.5.3 基于16位RISC微控制器的超声波测距系统MAXQ7667 273
9.5.4 高性能Σ-?型模-数转换器AD7768-1 275
思考题与习题 278
第10章 功率驱动与电源 279
10.1 引言 279
10.2 功率驱动电路与信号处理电路的对比 280
10.3 功率驱动电路与电源的两种电路形式—线性与开关 282
10.4 开关功率驱动电路与电源的电路形式 285
10.4.1 开关功率驱动电路 285
10.4.2 开关电源（直流-直流变换器） 291
10.5 单电源供电中的信号地 305
10.5.1 作为电源的“信号地” 305
10.5.2 “信号地”的产生 306
10.5.3 “虚地发生器”集成电路 307
10.6 能量收获 308
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