生物醫(yī)學(xué)常用放大器資料

第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器變換器電子技術(shù)處理顯示記錄一般診斷裝置的原理框圖機體參數(shù)從人體獲得的生物醫(yī)學(xué)信號，再經(jīng)過濾波、放大、顯示等一系列處理過程，才能為醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷提供可靠的客觀依據(jù)。本章在前面放大電路基本原理的基礎(chǔ)上，首先介紹生物電信號特點、頻譜及常用的幾種濾波電路，然后重點討論負反饋放大器、直流放大器的工作原理及特點，最后簡述功率放大器?；緝?nèi)容：

1、生物醫(yī)學(xué)信號的特點及其頻譜

2、負反饋放大器

3、直流放大器

4、功率放大器第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)信號的特點及頻譜非生物電信號：是由于人體各種非電活動產(chǎn)生的信號，如心音、血壓波、呼吸、體溫等。生物信號：攜帶生物信息的信號。生物電信號：是由于人體內(nèi)各種神經(jīng)細胞自發(fā)地或在各種刺激下產(chǎn)生和傳遞的電脈沖，肌肉在進行機械活動時也伴有電活動所產(chǎn)生的信號，如心電、腦電、肌電等。

醫(yī)學(xué)中還常通過在人體上施加一些物理因素的方法來獲得生物信號，如各種阻抗圖，它以數(shù)十千赫交流電通過人體的一定部位，獲得阻抗或?qū)Ъ{變化的波形圖；又如超聲波診斷儀器，它向人體發(fā)射脈沖式的超聲波，通過回波方式獲得的生物信號。另外還有通過在體外檢測人體樣品的儀器、生理參數(shù)遙測儀器和放射性探測儀器等獲取的生物信號?！o助產(chǎn)生一、生物醫(yī)學(xué)信號的特點1、頻帶范圍

DC---

幾KHZ

直流放大器頻率低頻帶寬 （放大低頻信號）一、生物醫(yī)學(xué)信號的特點2、信號弱（幅度低）高放大倍數(shù)、低噪聲

μV—mV 3、內(nèi)阻大輸入級高輸入阻抗

MΩ級4、信噪比低噪聲（干擾）來源：生物體內(nèi)部、空間電磁干擾、放大器、電源。一、生物醫(yī)學(xué)信號的特點二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求1、高放大倍數(shù)2、高輸入阻抗3、高共模抑制比4、低噪聲5、低漂移6、適當(dāng)?shù)念l響第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第二節(jié)負反饋放大器一、反饋的概念凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，就稱為反饋。若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋。這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負反饋。取+加強輸入信號正反饋用于振蕩器取-削弱輸入信號負反饋用于放大器負反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻；擴展通頻帶。反饋框圖：放大器A輸出Xo開環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)F±疊加反饋信號實際被放大信號輸入XiXdXf二、負反饋的基本類型（一）電壓反饋和電流反饋1、電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。判斷：設(shè)輸出電壓為零（輸出端短路），反饋信號也為零。2、電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。判斷：設(shè)輸出電壓為零（輸出端短路），反饋信號不為零。根據(jù)反饋所采樣的信號不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。1、串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號串聯(lián)（反饋電壓信號與輸入信號電壓比較）（二）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大。iifibib=i-if2、并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號并聯(lián)，(即反饋信號電流與輸入信號電流比較。)并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。（三）正、負反饋的判斷采用瞬時極性法判斷，具體步驟為：事先假定放大器的輸入端對地加一個正的輸入信號，然后按照放大器的組態(tài)逐極判斷出各個相關(guān)點的極性，直至輸出信號的極性，然后判斷反饋信號的極性，確定是正反饋還是負反饋。（四）四種形式的負反饋放大電路

關(guān)于負反饋的方式來看：當(dāng)反饋信號取自輸出電壓的時，稱電壓負反饋；當(dāng)反饋信號取自輸出電流時，稱電流負反饋。從反饋信號與輸入信號的連接方式來看：當(dāng)反饋信號與輸入信號是串聯(lián)在一起控制輸入信號電壓大小的，稱為串聯(lián)負反饋；與輸入信號是并聯(lián)在一起控制輸入信號電流大小的，稱為并聯(lián)負反饋。歸納起來，負反饋共有四種方式，即電壓串聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋。1、電壓串聯(lián)負反饋+UCCC1RB1REC2RB2ubeufui在輸入回路中，Re上的反饋電壓與加在三極管基極上的輸入信號電壓是串聯(lián)關(guān)系，相加的結(jié)果是基極上輸入電壓的變化量相應(yīng)減少，所以是負反饋。＋＋(1)有無反饋

反饋元件:Re

xf=uRe=uo

xf=uo

電壓反饋(全反饋)(2)是何種反饋

xi′=xi-xf

方法：瞬時極性法假定某一時刻xi

的極性，找出xf的極性,

xi′=xi-xf

負反饋

xi′=ubexi=uixf=uRe

設(shè)

ui

上+→ib上+→uRe

上+，ube=ui-uRe

是負反饋C1RbC2+ECuiuoReRL輸入端:xi、xi′、xf

在一個回路,串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)負反饋（4）穩(wěn)定uo過程

設(shè)ui

不變uo↑

uo↑→uRe↑→ube↓=ui-uRe→ib↓→ic↓（3）是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋uo(↓)2.電流串聯(lián)負反饋+UCCRCC2C1RB1RERB2ubeufuiube=ui-uf

＋＋在輸入回路中，Re上的反饋電壓與加在三極管基極上的輸入信號電壓是串聯(lián)關(guān)系，相加的結(jié)果是基極上輸入電壓的變化量相應(yīng)減少，所以是負反饋。+UCCC1RFREC2Rc＋-3.電壓并聯(lián)負反饋uiRsibificAii＝if+ib

if與ii

是并聯(lián)關(guān)系

4.電流并聯(lián)負反饋三、負反饋對放大器性能的影響基本放大電路A反饋回電路F+–uoufu’iui——開環(huán)放大倍數(shù)——反饋系數(shù)——凈輸入信號1.降低放大倍數(shù)——閉環(huán)放大倍數(shù)放大倍數(shù)降低了

倍1+AF稱為反饋深度2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性如果反饋深度很深，則有1+AF>>1,所以：所以對于深度負反饋，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性大大提高。3.改善波形失真Auiuo加反饋前加反饋后ufuiAF+–改善uo注意：只對放大器本身引起的失真有效，對原本就失真的波形無效。4.展寬通頻帶

頻帶的限制是由于放大器在不同頻率上放大倍數(shù)發(fā)生變化而造成的。而在加入負反饋后，排除了放大倍數(shù)與放大器中與頻率有關(guān)因素的影響。這樣可以使負反饋放大器的放大倍數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)都與頻率無關(guān)。放大倍數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，所以頻帶就展寬了。5.對輸入和輸出電阻的影響(1)串聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻增加：(2)并聯(lián)負反饋使電路的輸入電阻減?。?3)電壓負反饋使電路的輸出電阻減小：(4)電流負反饋使電路的輸出電阻增加：動物血壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

×xo血壓壓力感受器調(diào)節(jié)機構(gòu)xi

輸入xi′

xf

頸動脈竇第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第三節(jié)直流放大器一、直流放大器需要解決的兩個問題：⒈各級間的耦合問題：⒉零點漂移的問題：增加R2

、RE2

:

用于設(shè)置合適的Q點。問題1:前后級Q點相互影響。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合電路的特殊問題問題2:零點漂移。前一級的零漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)ui

等于零時，

uo不等于零。uot0有時會將信號淹沒+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2二、差分放大器(differentialamplifier)1.預(yù)備知識ui1ui2放大電路uo差模信號（differential-modesignal）:兩個信號的大小相等、極性相反。（有用信號）共模信號(common-modeinputsignal)：兩個信號的大小相等、極性相同。（噪聲和干擾信號）。2.電路結(jié)構(gòu)

T1和T2參數(shù)相同，具有相同的溫度特性和靜態(tài)工作點，電路具有對稱的結(jié)構(gòu)。具有兩個輸入端和兩個輸出端。成為雙端輸入—雙端輸出差分放大器。

3.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時：當(dāng)溫度變化時：

4.差分放大器對信號的放大作用（1）共模信號輸入uo=uC1-uC2＝0ui1

=

ui2

在實際電路中共模信號就是干擾或者是不需要的信號.理想情況下，兩路的共模信號電壓相同，經(jīng)過取差，輸出電壓為零，即沒有輸出。在實際電路中，兩個電路很難完全對稱，兩路集電極輸出電壓不同，故還是有一些輸出uoc，此時放大倍數(shù)表達式為：

AC為差分放大器的共模電壓放大倍數(shù)，uC為共模輸入電壓，可見共模放大倍數(shù)愈小愈好。（2）差模信號輸入ui1

=-

ui2

uo=uC1-uC2不為零當(dāng)輸入端上加一信號電壓uid時，T1管和T2管的基極上分別加上ui1=uid/2和ui2=-uid/2，輸入電壓大小相等相位相反，稱差模輸入(differentialinput)。由于兩管參數(shù)完全對稱，兩管對輸入信號具有同樣放大作用，T1、T2管輸出電壓分別為：mn從兩個集電極間輸出電壓為：因為差動放大器的放大倍數(shù)Ad定義為uod／uid，故可得式中RC、rbe、β可為電路任一側(cè)參數(shù)，差模輸入信號是所要放大的有用信號，因此差模放大倍數(shù)愈大愈好。mn

RE對差模信號無電流負反饋作用，只對共模信號有電流負反饋作用，如當(dāng)溫度變化引起一系列反饋過程如下：三、改進型的差分放大器1、具有射極公共電阻的差動放大器由于RE在電路中起到了電流負反饋的作用，所以RE的阻值越大越好，但是過大的RE使得放大器的靜態(tài)工作點降低，所以外接負電源EE的作用是補償RE兩端的直流壓降，使電路獲得合適的靜態(tài)工作點。（1）直流分析（電路對稱）Rp

Rp為調(diào)零電位器，來調(diào)節(jié)電路不對稱帶來的影響。但是Rp的阻值很小，分析靜態(tài)工作點時可以略去。b.靜態(tài)工作點

UBE1=0.7VI1>>IB1

I1≈I2≈EC/(RB1+RB2)UB=RB1I1=RB1EC/(RB1+RB2)IE1≈(EE+

UB)/2REIB1=IE1/(1+β1)IC1=β1IB1UCE1=(EC+EE)-Ic1RC1-2IE1RE1

a.直流通路

ui1=0ui2=0+ECRB2RC1RB1I1I2IB1T1EEREc.交流分析RB2RCui1uo1RB1ib＝ui1/{RB1+(RB2//rbe)}-ui1(RB2//rbe)/{[RB1+(RB2//rbe)]RB2}Ad1=uo1/ui1=-βib1Rc/{[ib1[RB1+(RB2//rbe)]}

＝-βRc/{[[RB1+(RB2