Circuits, Signals, and Systems for Bioengineers pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:John Semmlow

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2005-03-07

价格:USD 108.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780120884933

丛书系列:

图书标签:

生物工程
电路分析
信号处理
系统分析
生物医学工程
电子工程
控制系统
MATLAB
模拟电路
数字电路

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Approaches such as the Transfer Function and the Fourier and the Laplace transforms are important tools for bioengineers that often considered borrowed from electrical engineering. This text allows bioengineering students and bioengineers the ability to foster a sense of ownership of these tools by providing them with a solid foundation in the concepts of linear systems analysis. Circuits, Signals and Systems for Bioengineers guides readers through the basic engineering concepts that underlie biological systems, medical devices, biocontrol, and biosignal analysis. Material important to their study and traditionally taught in an electrical engineering service course can now be embraced by bioengineers. To further enhance the effectiveness of the book, instructive illustrations and MATLAB routines and examples are provided throughout the book with additional material available on a CD-ROM.

· Translates important electrical engineering tools such as Fourier Transform, Laplace Transform, analog modeling, systems modeling, and other linear systems analysis techniques for bioengineering students. · Includes MATLAB examples and problems. · Includes CD-Rom with PowerPoint presentations, extra examples, figures, and support routines.

基础电子学与电路分析：从理论到应用本书旨在为学习电子工程、计算机科学以及相关领域（如物理学、数学和材料科学）的本科生和研究生提供一个全面且深入的电路理论与基础电子学导论。我们摒弃了传统教材中侧重于特定应用领域的做法，而是将重点放在那些构成所有现代电子系统的基本物理原理、数学模型和分析方法上。第一部分：电路理论基石本部分构建了电路分析的数学和概念框架。我们从电荷、电流和电压的基本定义开始，引入了欧姆定律和基尔霍夫定律（KCL和KVL）作为电路分析的两个核心支柱。 1. 电路元件与基本定律我们详细探讨了电阻（R）、电容（C）和电感（L）这三种基本无源元件的特性。电阻的功率耗散、电容的储能机制以及电感的磁场耦合效应被严格地用微分方程进行描述。重点放在了如何根据元件特性建立节点电压和支路电流之间的数学关系。 2. 拓扑分析与电路简化电路拓扑结构对于理解复杂系统至关重要。本章深入讲解了节点分析法和网孔电流法，并展示了如何利用这些方法将复杂的线性电路简化为易于求解的代数方程组。我们引入了“二端口网络”的概念，作为连接复杂子系统之间的桥梁，探讨了阻抗参数（z）、导纳参数（y）和混合参数（h）的推导及其在级联电路分析中的应用。 3. 线性电路分析的有力工具为了应对瞬态和稳态分析的挑战，本部分详细介绍了电路分析中的关键定理。叠加定理、戴维南宁等效电路和诺顿等效电路被视为分析大型线性网络分解的强大工具。我们不仅推导了这些定理的数学基础，还辅以大量实例，展示它们在简化实际应用电路中的高效性。 4. 一阶与二阶动态电路分析电路的动态特性是理解信号处理和控制系统的先决条件。我们引入了时间常数（$ au$）的概念，并使用自然响应和阶跃响应来分析RC和RL一阶电路的瞬态行为。随后，我们将分析扩展到RLC二阶电路，详细讨论了欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种情况，并解释了系统极点在s平面上的位置如何决定了其时间响应的性质。第二部分：正弦稳态与复频域分析现代电子设备，尤其是通信和音频系统，严重依赖于正弦激励。本部分将分析方法从时域扩展到频域，引入复数分析作为核心工具。 5. 相量分析与交流电路我们介绍相量（Phasor）的概念，将时域的正弦函数转化为复平面上的旋转矢量。这使得微分方程的分析转化为代数方程的求解。电容和电感的阻抗（Impedance）被定义为复数形式，使得交流电路的分析过程与直流电路的稳态分析高度一致。我们重点分析了交流电路中的功率，包括瞬时功率、平均功率和无功功率，并强调了功率因数校正的重要性。 6. 谐振电路串联和并联谐振电路是滤波器的基础。本章深入探讨了谐振现象，分析了谐振频率、带宽（BW）和品质因数（Q值）的物理意义。Q值被明确界定为衡量谐振电路选择性的关键指标，并展示了高Q值电路在信号选择性中的作用。 7. 傅里叶级数与傅里叶变换为了分析非正弦周期信号和非周期信号，我们引入了傅里叶分析。傅里叶级数被用于分解任意周期波形到其组成谐波的频谱，这为理解信号的频率内容奠定了基础。傅里叶变换则将这一概念推广到非周期信号，展示了信号如何在时间和频率域之间进行转换，强调了其在调制解调和系统分析中的基础地位。第三部分：半导体器件与基本放大电路本部分将理论分析与实际的电子元件相结合，重点介绍二极管和双极性结型晶体管（BJT）的工作原理及其作为基本开关和放大器的应用。 8. 半导体基础与二极管我们从PN结的物理特性入手，解释了其在正向偏置和反向偏置下的I-V特性曲线。重点分析了理想二极管模型和实际二极管模型（包括拐点电压和动态电阻），并将其应用于整流电路（半波、全波和桥式整流）的分析。齐纳二极管的稳压特性也被详细讨论。 9. 双极性结型晶体管（BJT） BJT作为电流控制电流源的基本单元，其工作原理占据了本部分的核心。我们详细考察了BJT的三个工作区——截止区、有源区和饱和区。重点放在了有源区，推导了其跨导（$g_m$）和等效小信号模型（混合$pi$模型和T模型）。 10. BJT放大器分析本章将小信号模型应用于基础的放大电路配置：共射极、共基极和共集电极（射极跟随器）。我们利用小信号模型计算了这些基本放大器的电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗，并分析了旁路电容和耦合电容对频率响应的影响。这为后续学习更复杂的集成电路放大器打下了坚实的基础。第四部分：运算放大器与反馈系统运算放大器（Op-Amp）是模拟电子学的基石。本部分介绍理想运放模型，并将其应用于构建精确的信号处理模块。 11. 理想运算放大器与基本应用我们假设理想运放具有无限开环增益、无限输入阻抗和零输出阻抗的特性。基于这些假设，我们分析了反相放大器、同相放大器、电压跟随器和求和放大器的闭环增益。我们还探讨了积分器和微分器电路的建立，并分析了理想积分器固有的“漂移”问题。 12. 负反馈理论基础负反馈是提高电路稳定性和线性度的关键技术。本章引入了反馈概念，并分析了反馈如何影响系统的输入/输出阻抗、增益精度和带宽。我们区分了电压增益、电流增益以及阻抗对反馈连接的影响。 13. 有源滤波器设计导论结合运放的增益能力和RC网络的频率选择性，我们介绍了主动滤波器（Active Filters）。我们探讨了巴特沃斯（Butterworth）滤波器的设计目标——平坦通带响应——并推导了一阶和二阶低通、高通滤波器的实现电路及其传递函数，为学生理解频率选择性提供了实用的数学模型。通过这四个部分的学习，读者将掌握从基础的电路定律到复杂信号处理模块构建所必需的理论工具和分析技能，为进一步深入研究任何电子工程领域打下坚实且不偏不倚的理论基础。