第三生物醫(yī)學常用放大器演示文稿

第三生物醫(yī)學常用放大器演示文稿本文檔共90頁；當前第1頁；編輯于星期三\9點54分優(yōu)選第三生物醫(yī)學常用放大器本文檔共90頁；當前第2頁；編輯于星期三\9點54分第一節(jié)生物醫(yī)學信號的特點及頻譜

攜帶生物信息的信號稱為生物信號。其中生物電信號是由于人體內各種神經細胞自發(fā)地或在各種刺激下產生和傳遞的電脈沖，肌肉在進行機械活動時也伴有電活動所產生的信號，如心電、腦電、肌電等。非生物電信號是由于人體各種非電活動產生的信號，如心音、血壓波、呼吸、體溫等。醫(yī)學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，獲得阻抗或導納變化的波形圖；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。上述諸多的生物信號被統(tǒng)稱為生物醫(yī)學信號。本文檔共90頁；當前第3頁；編輯于星期三\9點54分本文檔共90頁；當前第4頁；編輯于星期三\9點54分

生物電信號的頻帶主要在低頻和超低頻范圍內，各種生物電中包含了頻率很低的成分。在第二章中介紹的阻容耦合多級放大器很難通過這種頻率的信號，所以本章將介紹適應這種頻率特點的直流放大器。通常生物電信號的幅度較低，只有毫伏級甚至微伏級，而普通的電子元件的噪聲相當于數(shù)微伏無規(guī)則電壓，為了使生物電信號不被噪聲淹沒，放大器的前級必須選用高質量的電阻和電容，低噪聲的場效應管，電源也要采取特殊穩(wěn)定的措施。一.生物電信號的特點及其放大器本文檔共90頁；當前第5頁；編輯于星期三\9點54分另外生物電信號的整個頻帶中要求放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定、均勻，在信號幅度范圍內具有良好的線性。對于生物電放大器來講，電壓放大倍數(shù)一般都較高。放大倍數(shù)越高，保持穩(wěn)定就越困難。為了使輸出波形不失真，必須采取一定的電路技術，如負反饋放大技術。本文檔共90頁；當前第6頁；編輯于星期三\9點54分生物體的阻抗很高，這意味著生物信號源不僅輸出電壓幅度低，而且提供電流的能力也很差，因此要求生物電放大器的前級必須具有很高的輸入阻抗，以防止生物電信號的衰減，但高輸入阻抗易引入外界干擾，特別是市電50Hz的干擾，為了提高放大器輸入信噪比，常常加入50Hz陷波器。本文檔共90頁；當前第7頁；編輯于星期三\9點54分

生物電信號的信噪比較低，這是由于生物體內各種無規(guī)律的電活動在生物電信號中形成噪聲，有些生物電信號被其他更強的電活動所淹沒，如希氏束電圖H波，只有1～10μV，比心電信號弱得多，再有胎兒心電信號的幅度約為5μV，比母體心電信號弱很多，使噪聲電壓超出生物電信號電壓。當無用信號掩蓋了有用信號時，提取這些電信號就需要借助于微弱信號檢測技術。本文檔共90頁；當前第8頁；編輯于星期三\9點54分

總之，為適應生物醫(yī)學信號頻率較低且頻帶較寬、阻抗較高且幅度較低和信噪比較小的特點，必須選用低截止頻率、高輸入阻抗和放大倍數(shù)穩(wěn)定的放大器。本文檔共90頁；當前第9頁；編輯于星期三\9點54分二.生物醫(yī)學信號的頻譜實際的信號波形是很復雜的，大多不是正弦波，但借助頻譜分析的方法，這種非正弦式周期波形可以被分解為數(shù)目足夠多的，幅度不同、頻率不同、初位相不同的正弦波。本文檔共90頁；當前第10頁；編輯于星期三\9點54分周期性波形的頻譜非正弦式周期波形包含多種頻率的正弦波成分。用數(shù)學表達為：式中當n=1時，fn為f1，是非正弦式周期波的重復頻率，稱為基頻。此頻率的正弦波稱為基波，其它正弦波的頻率fn都是基頻的整數(shù)倍，稱為n倍頻，相應的正弦波為n次諧波。本文檔共90頁；當前第11頁；編輯于星期三\9點54分以頻率為橫軸，振幅為縱軸，在橫軸上找到所有振幅不為零的正弦波的頻率并引出垂線，其長度表示相應的振幅an，這種圖稱為振幅頻譜，也常簡稱為頻譜(spectrum)。而an2組成功率頻譜，簡稱為功率譜。各種頻率成分的初位相聲。組成的位相譜，稱為位相頻譜。本文檔共90頁；當前第12頁；編輯于星期三\9點54分基波和二次諧波的振幅相同，初位相為零?；ê投沃C波的振幅相同，但二次諧波的初位相為π/2。從下面的位相頻譜圖中可以看到。本文檔共90頁；當前第13頁；編輯于星期三\9點54分2.脈沖波形的頻譜在電子學中把在時間上短促的波形稱為脈沖(impulse)。單個孤立的波形可以用一系列正弦波的疊加來組成，頻率可取連續(xù)值，且具有連續(xù)頻譜。連續(xù)頻譜的波形疊加用積分式表達為：式中Af和Φf分別為振幅和位相頻譜。本文檔共90頁；當前第14頁；編輯于星期三\9點54分矩形脈沖的寬度為τ，高度為1／τ，面積為1。波形的中點在時間坐標t的零點。頻譜的橫坐標按照fτ劃分，頻率以1/τ為單位，其振幅頻譜有正負振幅不斷擺動，且延伸很遠，范圍與1/τ

成正比。本文檔共90頁；當前第15頁；編輯于星期三\9點54分

鐘罩形波，τ為波形下降到最大值的0.6065所需時間，1/(2πf)為脈沖的高度，面積為1。它的頻譜很平滑。本文檔共90頁；當前第16頁；編輯于星期三\9點54分由這兩個脈沖的頻譜圖可見：脈沖愈寬，愈平滑，則頻譜范圍愈窄；相反，波形愈陡峭所含諧波愈多，頻譜范圍愈寬，特別是突然變化的脈沖波形更是如此。如人體動脈壓力波形比較平滑，根據頻譜分析大約含有10個諧波，而心電波形，因它含有比較陡的R波，故大約含有30~60個諧波。本文檔共90頁；當前第17頁；編輯于星期三\9點54分高頻脈沖：即振幅隨一個脈沖波形變化的高頻振蕩。圖(a)表示振幅隨一脈沖波形變化的高頻振蕩，圖(b)是它的頻譜，可以從原先脈沖的頻譜得到。把原先脈沖的頻譜對稱地向負頻率側延伸，然后向右移動f0的距離，就得到?？梢姡哳l脈沖的頻譜形狀是由脈沖頻譜決定的，高頻脈沖的頻譜位置是高頻振蕩頻率來決定。本文檔共90頁；當前第18頁；編輯于星期三\9點54分在對生物體的一切生物醫(yī)學信號進行分析時，如心電分析、腦電分析和脈波分析，常利用頻譜分析手段，從中提取有用的生物信號作為臨床診斷的依據。本文檔共90頁；當前第19頁；編輯于星期三\9點54分第二節(jié)常用濾波電路

根據生物醫(yī)學信號特點的分析，以及生物電信號進入放大器前還要混入干擾的具體情況，一般在放大器等處理裝置前加有濾波器。所謂濾波器就是一種使有用信號順利通過，而使無用信號被消除或衰減的電子電路。在濾波電路中必須包括與頻率有關的元件如電容和電感。生物醫(yī)學儀器中的濾波電路，通常由電容器和電阻器組合而成。本文檔共90頁；當前第20頁；編輯于星期三\9點54分在濾波理論中，通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把消除或衰減的信號頻率范圍定義為阻帶。通帶和阻帶的界限頻率，包括下限頻率和上限頻率。具體電路有高通和低通濾波，帶通和帶阻濾波，雙T濾波和50Hz陷波等。本文檔共90頁；當前第21頁；編輯于星期三\9點54分一.高通濾波

高通濾波只允許信號中高頻成分順利通過，且衰減很小，而消除或減弱低頻噪聲。電壓傳輸函數(shù)為：本文檔共90頁；當前第22頁；編輯于星期三\9點54分式中，URf是uR中頻率為f的交流成分的有效值，Uf是電路中頻率為f的總電壓的有效值。輸出電壓URf比總電壓有效值Uf超前一位相φR。本文檔共90頁；當前第23頁；編輯于星期三\9點54分濾波特點：(1)當頻率很低時，fτ<<1，Tf=0，低頻成分被衰減，Tf與f成正比。(2)當頻率很高時，fτ>>1，Tf=1，高頻成分能順利通過，且位相也不改變。(3)fL=1/2πRC為下限頻率，通頻帶為fL～∞。(4)在阻容耦合放大器中，級間用RC電路耦合信號從電阻兩端輸出，同時也起到高通濾波的作用。本文檔共90頁；當前第24頁；編輯于星期三\9點54分二.低通濾波器

與高通濾波器相反的低通濾波器，只允許信號中的低頻成分順利通過，且衰減很小，進而達到消除或減弱混在信號中的高頻噪聲的目的。其電路的電壓傳輸函數(shù)為：本文檔共90頁；當前第25頁；編輯于星期三\9點54分式中，UCf是uC中頻率為f的交流成分的有效值，Uf是電路中頻率為f的總電壓的有效值。輸出電壓UCf比總電壓有效值Uf超落后一位相φc。本文檔共90頁；當前第26頁；編輯于星期三\9點54分濾波特點：(1)當頻率很低時，f/fH<<1，Tf=1，φC≈0，即低頻成分無損耗，無相移傳輸。(2)當頻率很高時，f/fH>>1，Tf=0，高頻成分被衰減，有低通的作用。(3)fH=1/2πRC為上限頻率，通頻帶為0～fH。(4)共發(fā)射極電路中的電流放大系數(shù)β隨頻率變化的關系式表明，晶體管也有低通濾波的作用。本文檔共90頁；當前第27頁；編輯于星期三\9點54分三.帶通濾波

帶通濾波器就是只允許通過一個頻帶中的信號成分，在這個頻帶之外的信號成分則被衰減。其電路由高通濾波和低通濾波共同組合而成，頻率特性如圖所示，fH-fL為其通頻帶的范圍。電路的重要參數(shù)是品質因數(shù)Q，定義為：本文檔共90頁；當前第28頁；編輯于星期三\9點54分(1)當Q值低時，此電路的選頻本領小，允許較寬的頻帶范圍的生物醫(yī)學信號通過，稱寬帶濾波。對于生物醫(yī)學放大器中經常遇到數(shù)十千赫以下的低頻信號，電阻和電容就可以組成帶通濾波器，最簡單的低頻寬帶(低Q值)濾波器可由高通和低通濾波器共同組合而成，其允許通過的頻帶由fL和fH決定。本文檔共90頁；當前第29頁；編輯于星期三\9點54分(2)當Q值高時，此電路稱為選頻電路，其選頻本領大，只允許較窄頻率范圍的信號通過，稱窄帶濾波。對于數(shù)兆赫以上高頻信號，只有用電阻、電容和電感結合起來才能組成高頻窄帶(高Q值)濾波器，而對低頻生物醫(yī)學信號只有電阻、電容和放大器結合起來，才能組成低頻窄帶(高Q值)的濾波器。本文檔共90頁；當前第30頁；編輯于星期三\9點54分四.帶阻濾波帶阻濾波只選擇性的衰減一個頻帶內的信號，而在這個頻帶范圍之外的信號成分都可無衰減的通過。其電壓傳輸系數(shù)如圖3-8所示。本文檔共90頁；當前第31頁；編輯于星期三\9點54分高Q值帶阻濾波器，稱選頻電路，也稱陷波器。雙T選頻電路，由高通濾波和低通濾波組合而成的。信號輸入中的低頻成分可以從上通道(既低通濾波器)傳輸，而高頻成分可以從下通道(即高通濾波器)傳輸，而對于信號中的中間頻率成分，上下兩通道均可以通過，其中通過低通濾波器傳輸出來的電壓位相落后，通過高通濾波器傳輸出來的電壓位相超前，它們再分別經過電阻和電容兩路傳輸出來的，電壓位相差更大，在某個適當?shù)闹虚g頻率下，兩路輸出電壓幅度相等，且位相相反，輸出總電壓為零，起到了使這個中間頻率的信號被衰減的作用，即有陷波作用。本文檔共90頁；當前第32頁；編輯于星期三\9點54分中間頻率即陷波頻率f0和Q值，經理論證明分別由上式給出。中間頻率不受負載影響。當接上負載后，Q值一般比輸出端開路時要低。另外，由于電阻和電容總有些誤差，各個電阻和電容不能嚴格保持圖中標示的比值(或等值)，在中間頻率處的傳輸系數(shù)將不等于零。因而品質因數(shù)也低于理論值。本文檔共90頁；當前第33頁；編輯于星期三\9點54分這個電路在生物醫(yī)學放大器中，常將f0選為50Hz，用來濾掉50Hz的市電干擾，稱50Hz陷波器。實際應用中希望Q值很高，只對50Hz波有陷波作用，但上面電路的品質因數(shù)太小，很難達到要求。只有與放大器組合起來，才能提高選頻能力，即達到高Q值，這種高Q值的濾波器稱為有源濾波。以上濾波器均為無源濾波器。本文檔共90頁；當前第34頁；編輯于星期三\9點54分第三節(jié)負反饋放大器一.反饋的基本概念和分類

反饋(feedback)就是把一個系統(tǒng)的全部或部分輸出信號通過某種環(huán)節(jié)，送回到輸入端。在電子學中反饋一般是通過跨接在輸入端和輸出端之間的性能比較穩(wěn)定的線性元件，如電阻來完成。將放大器的輸出電壓或輸出電流的一部分或全部送回到輸入端，與輸入信號疊加后再送入放大器中，如圖3-10所示。本文檔共90頁；當前第35頁；編輯于星期三\9點54分圖中ui為輸入信號，uo為輸出信號，uf為反饋信號，K0為放大器的放大倍數(shù)，F(xiàn)為反饋系數(shù)(feedbackcoefficient)，它等于反饋信號與輸出信號之比，即F=uf/uo，ui’為ui與uf合成之后的實際輸入信號。本文檔共90頁；當前第36頁；編輯于星期三\9點54分從反饋信號與原輸入信號的相位關系來看：當反饋信號與原輸入信號同相位時，即加強了輸入信號，使放大倍數(shù)提高，這種反饋稱為正反饋(positivefeedback)。反之，當反饋信號與原信號反相位時，即減弱了輸入信號，稱負反饋(negativefeedback)。正反饋雖然可以提高放大倍數(shù)，但失真度大，頻帶變窄，嚴重的甚至會引起振蕩，使放大器無法工作，所以在放大器中一般不采用正反饋，而在振蕩器中則需要利用正反饋。本文檔共90頁；當前第37頁；編輯于星期三\9點54分

關于負反饋的方式，從反饋信號與輸出電壓或輸出電流成正比的關系來看：當反饋信號與輸出電壓的大小成正比時，稱電壓負反饋；與輸出電流大小成正比時，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，即電流串聯(lián)負反饋、電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋。本文檔共90頁；當前第38頁；編輯于星期三\9點54分二.幾種負反饋電路電流串聯(lián)負反饋在分壓式電流負反饋偏置電路中，RE對直流起負反饋作用，使直流工作點穩(wěn)定。若RE上的電容CE去掉，則RE對交流也有負反饋作用。本文檔共90頁；當前第39頁；編輯于星期三\9點54分當輸入信號為正極性時，基極電勢升高，基極電流和射極電流都增加。由于射極電流通過RE，使射極電位升高，且射極電流基本等于輸出的集電極電流，所以射極電阻RE上電壓與輸出電流成正比，射極電阻為反饋電阻，它上面的反饋電壓串聯(lián)在基極信號的電壓上，使晶體管基極所加電壓變化量減少，故RE引起的反饋屬于電流串聯(lián)負反饋。RE本文檔共90頁；當前第40頁；編輯于星期三\9點54分電阻RE的阻值可認為比較穩(wěn)定，即隨溫度變化較小，而晶體管rbe和β的分散性很大，即使是同一型號的同一批產品也有很大差別，其差別大約在標準值的0.7～2倍之間，且隨溫度而變化。除此之外，rbe還隨電流變化，比較gF和g0可見，雖然gF小些。但更穩(wěn)定和準確?？鐚o負反饋時的跨導本文檔共90頁；當前第41頁；編輯于星期三\9點54分放大器接入負載電阻RL后，電壓放大倍數(shù)KF要小，但KF穩(wěn)定性好，且可以通過電阻值精確計算。放大電路由于某種原因如晶體管參數(shù)變化造成輸出電流變化，當加入電流負反饋后，可發(fā)生如下反饋過程：說明不管是串聯(lián)還是并聯(lián)負反饋，只要是電流負反饋都具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即放大器具有恒流輸出的特性，當放大器的輸出電阻比負載電阻大得多時，即使負載變動時輸出電流的變化也不會很大，所以說電流負反饋使放大器的輸出電阻增大。本文檔共90頁；當前第42頁；編輯于星期三\9點54分輸入電壓為ui、輸入電流為ib時，輸入電阻為ri由rbe增加了(β+1)RE。即為ri=rbe(β+1)RE若考慮到信號源還向RB1、RB2供應電流，放大器的總輸入電阻應是RB1//RB2//ri。沒有RE時，放大器的總輸人電阻只是RB1//RB2//rbe，可見，串聯(lián)負反饋顯著地提高放大器的輸入電阻。本文檔共90頁；當前第43頁；編輯于星期三\9點54分2.電壓串聯(lián)負反饋圖示電路中，集電極成為交流信號的輸入與輸出的公共端。故該電路是共集電極放大電路。其中RE為反饋電阻，RE上的電壓既是反饋電壓也是該電路的全部輸出電壓uo。在輸入回路中，RE上的反饋電壓與加在晶體管基極上的輸入信號電壓是串聯(lián)關系，它們相加的結果是使基極上輸入電壓的變化量相應減少，故RE引出的反饋屬于電壓串聯(lián)負反饋。本文檔共90頁；當前第44頁；編輯于星期三\9點54分可見這個電路的電壓放大倍數(shù)略小于1，而且輸出電壓與輸入電壓位相相同，輸出電壓跟隨著輸入電壓變化，所以電壓串聯(lián)負反饋電路稱為射極跟隨器，簡稱射跟器(follower)。此電路雖然不能對輸入信號電壓進行放大，但輸出電流卻遠比基極輸入電流大。其功率放大倍數(shù)為Kp=p0/pi≈β+1故有放大電流和放大功率的作用。本文檔共90頁；當前第45頁；編輯于星期三\9點54分當信號源內阻Rs≠0的條件下，加入電壓負反饋可發(fā)生下列反饋過程：放大電路中由于RL的減小而使輸出電壓Uo減小，If=Uo/RF，所以If也減小，反饋量減小使輸入電流Ib增加，IC也相應增加，從而牽制了Uo的減小，使輸出電壓基本維持恒定。本文檔共90頁；當前第46頁；編輯于星期三\9點54分上面的反饋過程說明，不管是串聯(lián)還是并聯(lián)負反饋，只要是電壓負反饋都具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出的特性；在放大器的輸出電阻很小的條件下，即使負載變化了，輸出電壓變化也不會太大，因為此時放大器的輸出電阻上壓降很小，可見射極跟隨器的輸出電阻很小，所以說電壓負反饋使放大器的輸出電阻減小。

本文檔共90頁；當前第47頁；編輯于星期三\9點54分根據放大器輸入電阻定義，輸入電阻ri為：

若不考慮RBl、RB2的分流作用，電路的輸入電阻由上式決定，可見電壓串聯(lián)負反饋增加了輸入電阻。本文檔共90頁；當前第48頁；編輯于星期三\9點54分電壓串聯(lián)負反饋有很高的輸入電阻，對生物醫(yī)學信號的測量有重要意義。因為作為信號源的生物體內阻很高，與生物體相連的放大器必須有高輸入電阻，才能減少信號電壓的損失，進而提高信噪比。由于電壓串聯(lián)負反饋有高輸入電阻、低輸出電阻，所以在電子電路中，經常作為阻抗轉換裝置，相當于變壓器作用，插在各級放大器中以及信號源與放大器間的連接處。此外為了彌補晶體管本身輸入電阻低的不足，在醫(yī)學上廣泛應用源極跟隨器。但源跟器帶負載能力仍較小，所以主要用于放大器的前級，作為高內阻信號源和前級放大器的阻抗轉換器。本文檔共90頁；當前第49頁；編輯于星期三\9點54分

3.電壓并聯(lián)負反饋

ui和ii增加時，ib的增加導致uo下降，RF上電流if由A點流出?？梢姡盘栐戳飨蚧鶚O的電流總是被反饋電流分流出一部分，在A點if是與流向基極的輸入電流是并聯(lián)關系。ib總是小于ii，另外if大小基本與輸出電壓大小成正比。故稱RF引出的反饋屬于電壓并聯(lián)負反饋。除此之外當Rs=0時，ii與if無關，反饋信號將不起作用；Rs≠0且很大時，則反饋影響最大。本文檔共90頁；當前第50頁；編輯于星期三\9點54分該電路中信號源提供的電流被反饋電流分流一部分，所以基極電流實際發(fā)生的改變較小，輸出電壓較小，這使放大倍數(shù)降低。電壓并聯(lián)負反饋與電壓串聯(lián)負反饋一樣都能使放大器的輸出電阻減小。同時，因有反饋支路的存在，信號源提供的電流是ii=ibe+if，比沒有負反饋時增加If量，即信號源提供的電流變大，相當于放大器的輸入電阻減小。RF在直流狀態(tài)時還具有穩(wěn)定工作點作用，例如溫度升高時，β和ICEO增大，即IC增大，這時Uo下降，偏流減少，這就使IC回降，維持工作點穩(wěn)定。本文檔共90頁；當前第51頁；編輯于星期三\9點54分三.負反饋對放大器性能的改善放大器加進負反饋環(huán)節(jié)，雖然削弱了輸入信號，使放大倍數(shù)減小了，但是卻使放大電路的很多性能得到了改善。使放大倍數(shù)更穩(wěn)定，通頻帶加寬，放大器非線性失真變小，同時也改變了輸入電阻和輸出電阻。本文檔共90頁；當前第52頁；編輯于星期三\9點54分放大倍數(shù)更穩(wěn)定基本放大器的放大倍數(shù)為K0，包括負反饋電路在內的整個負反饋放大器的放大倍數(shù)為KF，表達示如下所示：式中K0F的大小決定了KF值的大小，稱K0F為負反饋深度，它的數(shù)值越大，KF就越小，即說明負反饋的作用就越強。本文檔共90頁；當前第53頁；編輯于星期三\9點54分在具有深度負反饋時，K0F>>1時，KF=1/F，這說明在具有深度負反饋時，電壓放大倍數(shù)KF完全由負反饋電路參數(shù)決定，而與晶體管參數(shù)無關。由此排除了放大倍數(shù)受晶體管參數(shù)的分散性、晶體管參數(shù)由于長期使用時發(fā)生變化而造成的影響。

本文檔共90頁；當前第54頁；編輯于星期三\9點54分因負反饋電路通常由電阻組成，所以使放大倍數(shù)穩(wěn)定而且能精確計算和控制，基本不受外界的影響。如果某些原因使輸出信號減小，則反饋信號也減小，使凈輸入信號增大，通過負反饋對輸入端信號進行修正，由此牽制了輸出信號的減小，使放大器比較穩(wěn)定的工作，其中電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓。本文檔共90頁；當前第55頁；編輯于星期三\9點54分2.通頻帶加寬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都與頻率無關。放大倍數(shù)在很寬的頻率范圍內是穩(wěn)定的，所以頻帶就展寬了。本文檔共90頁；當前第56頁；編輯于星期三\9點54分3.非線性失真變小由于晶體管的非線性，如果工作點選擇不合適，或輸入信號太大，都會造成輸出信號失真。如果能控制輸入信號使其比較小，失真的可能也就小些，工作點的位置選擇范圍也可適當放寬一些。加進負反饋，使信號的電壓或電流被反饋抵消一部分，達到能控制輸入信號并使其比較小的目的，所以可以減少非線性失真。如上圖所示，也可以解釋為負反饋技術是利用失真了的波形來改善波形的失真。

本文檔共90頁；當前第57頁；編輯于星期三\9點54分1.串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大：2.并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減?。?.電壓反饋使電路的輸出電阻減?。?.綜合上面三種負反饋4.電流反饋使電路的輸出電阻增加：本文檔共90頁；當前第58頁；編輯于星期三\9點54分在實際應用中電阻要產生熱噪聲，從而降低了放大器的信噪比，所以反饋環(huán)節(jié)的電阻不宜太大。在放大電路中還存在著在線路圖上看不出來的反饋環(huán)節(jié)，如電源寄生反饋，它主要是后級的輸出電流通過電源，由于電源總有些內阻，當后級的輸出電流改變時，使電源電壓也隨之改變，這個改變量作用到前級上，導致反饋，且常常成為正反饋。這種寄生反饋不僅影響放大器性能，而且當正反饋過大時，還可使放大器變成振蕩器，不能正常工作。本文檔共90頁；當前第59頁；編輯于星期三\9點54分解決的方法可以采用：其一，另外加一個電源，以供給最后一級的輸出電流。其二是增加低通濾波器，稱之為電源退耦電路，濾掉電源電壓波動。在電路中除電源的寄生反饋以外，還有線路之間存在的分布電容，由于它的影響，高頻信號都有位相的變化，使某些頻率上的負反饋轉變成正反饋，最后導致正反饋過大，放大器因發(fā)生高頻振蕩而不能正常工作。本文檔共90頁；當前第60頁；編輯于星期三\9點54分負反饋類型的判別法：(1)用瞬時極性法來判別正、負反饋；(2)用輸出短路法來判別電壓、電流反饋；(3)用反饋信號在輸入端連接方式，來判別是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋；本文檔共90頁；當前第61頁；編輯于星期三\9點54分第四節(jié)直流放大器各種生物電信號中包含了頻率很低的成分，在胃液壓力和pH的測量中還會遇到很多不變化或慢變化信號。這些直流或接近直流的慢變化信號不能用阻容耦合放大器進行放大，因此需要頻帶從零開始的直流放大器。直流放大器有直接放大和調制放大兩種。本文檔共90頁；當前第62頁；編輯于星期三\9點54分直流放大器面臨兩個問題：一是各級直接耦合時沒有隔直電容，直流電壓相互不能隔離，使前、后級的靜態(tài)工作點互相影響。二是零點漂移問題。當輸入為零而輸出不為零，且輸出電壓值在零點附近上下漂動且具隨機性，這種現(xiàn)象稱為零點漂移(zerodrift)。本文檔共90頁；當前第63頁；編輯于星期三\9點54分造成零點漂移是由于元件的老化、電源電壓的波動、特別是晶體管的參數(shù)隨溫度而變化等多種原因造成的。零點漂移引起輸出電壓的變化與被放大的有用信號無法區(qū)別開，對于直流放大器，前級引起的零點漂移電壓，被后級放大，最后將掩蓋正常輸出。而差動放大器是克服零點漂移和抑制外界干擾的直流放大器的主要電路形式。本文檔共90頁；當前第64頁；編輯于星期三\9點54分一.直流放大器的級間耦合

1.后級接發(fā)射極電阻RE

此時T2管的基射電壓等于T1的集射電壓減去RE上的電壓。只要適當?shù)倪x擇RE的阻值，可使T1管和T2管都有合適的工作點，都工作在放大區(qū)，但RE的接入將產生電流負反饋，使第二級的放大倍數(shù)下降。且RE值還逐級增大，電流負反饋逐漸加深，使放大倍數(shù)依然很小。本文檔共90頁；當前第65頁；編輯于星期三\9點54分

2.后級發(fā)射極接二極管或穩(wěn)壓二極管當二極管加上正向電壓或穩(wěn)壓二極管加上反向偏置電壓時，流過它們的電流在一定范圍內變化時，二極管兩端的電壓基本不變。用二極管的壓降代替RE的電壓，可以保證T2管有合適的靜態(tài)工作點，且因二極管的交流電阻很小，所以電流負反饋作用很小，從而可使電路的放大倍數(shù)降低較小。本文檔共90頁；當前第66頁；編輯于星期三\9點54分

3．輔助電源法上述方法解決了級間電位的耦合問題。為了得到較大的電壓放大倍數(shù)，一般采取多級放大器，在共發(fā)射極放大電路中，每級集電極電位都高于基極電位。結果使輸出電位不斷上升，在一定電源電壓下，能夠輸出的電壓幅度下降，所以必須采取相應措施補償直流電位的偏移。前級集電極用兩個電阻R1、R2連接在一個負的輔助電源上，然后電阻R1、R2的連接點與后級基極連接起來。只要電阻選擇合適，各級都可以有適當工作點，但信號經分壓傳輸會造成一些損失。本文檔共90頁；當前第67頁；編輯于星期三\9點54分

4.交替使用互補管為了解決信號的損失，利用電源極性不同的互補管PNP與NPN聯(lián)合使用，可保證各級有合理的工作點。利用PNP型晶體管集電極電位比基極電位低，克服NPN型晶體管集電極電位逐級提高而造成的輸出電位降低的缺點。

RC可選擇較大數(shù)值，使輸出電壓有較大的變化范圍。采用此種辦法可省去輔助電源，應用較多。NPNPNP本文檔共90頁；當前第68頁；編輯于星期三\9點54分二.差分放大器

1.差分放大器差分放大器(differentialamplifier)又稱差動放大器，由兩個完全對稱的共發(fā)射放大電路組成，兩個晶體管參數(shù)相同，兩側集電極電阻相等，兩側基極電阻也相等。本文檔共90頁；當前第69頁；編輯于星期三\9點54分信號從兩管基極輸入(稱雙端輸入)，從兩管的集電極輸出(稱雙端輸出)，而且對輸入信號的要求是：兩個基極輸入信號大小相等，位相相反，稱差模輸入。當沒有輸入信號電壓時，電路中由于溫度變化，引起兩個晶體管集電極電流和集電極電壓相同的變化。如果將這兩管的輸出量折合到輸入端，就相當在兩個管的輸入端分別加上大小相等，極性相同的輸入信號，稱為共模輸入(common-modeinput)，而輸入的信號稱為共模信號(common-modesignal)。本文檔共90頁；當前第70頁；編輯于星期三\9點54分在實際電路中共模信號就是干擾或者是不需要的信號，它的來源還可以由外部兩條同樣的信號線上感應出來。當由兩管集電極輸出時，即取差輸出，理想情況下，兩路的共模信號電壓相同，經過取差，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uod，此時放大倍數(shù)表達式為：

KC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。本文檔共90頁；當前第71頁；編輯于星期三\9點54分當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：

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)Kd定義為uod／uid，故可得式中RC、rbe、β可為電路任一側參數(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。本文檔共90頁；當前第72頁；編輯于星期三\9點54分2.差分放大器的改進型(1)具有射極公共電阻的差動放大器

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，如當溫度變化引起一系列反饋過程如下：本文檔共90頁；當前第73頁；編輯于星期三\9點54分(2)帶恒流源的差分放大器恒流源的動態(tài)電阻可以看成是無限大，對共模干擾的負反饋加大，采用恒流源以后，能很好的抑制共模信號干擾，因此，在理想情況下，即使兩側電路稍有不對稱，共模放大倍數(shù)也等于零；但在一般情況下，共模放大倍數(shù)很難為零。這是因為電路中兩側晶體管的參數(shù)，以及電路相對應的電阻不完全一致。本文檔共90頁；當前第74頁；編輯于星期三\9點54分3.共模抑制比CMRR

為了說明差動放大器對共模信號的抑制能力，常用共模抑制比(common-moderejectionratio)來表示，定義為差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)之比，即

CMRR=Kd／KC

共模抑制比CMRR也常用分貝表示，規(guī)定為：20lgKd／KC。本文檔共90頁；當前第75頁；編輯于星期三\9點54分在理想情況下，電路中兩側相對應的元件參數(shù)完全相同，所以CMRR為無窮大。但在一般情況下，相應的元件各參數(shù)不可能完全一致，尤其是在溫度變化情況下，更不可能完全相同?？朔娐穬蓚炔煌耆珜ΨQ的缺點，通常把T1和T2的射極接到一個阻值很小的電位器兩端，RE或恒流源連接在電位器的中間滑動接點處，改變滑動接點的位置就在兩個晶體管的射極電路中分別引入了不同程度的電流負反饋，使電路兩側更為對稱，這個過程稱為調零，這時兩側分別引入的射極電阻使兩管的電流分配的更為穩(wěn)定。本文檔共90頁；當前第76頁；編輯于星期三\9點54分通過上面的分析可見，差分放大器在共模輸入時，RE有電流負反饋作用，所以輸入阻抗很高。在差模輸入時沒有負反饋作用，輸入電阻很低。信號源通常是高內阻。差模輸入時，差分放大器輸入電阻小，所以差模信號衰減很多，而對外部共模干擾衰減很小，這意味著對于高內阻的信號源，差分放大器抑制共模干擾的實際能力不是很大，為此可采取在電路兩側增加射極電阻，分別引入電流負反饋，增加差模輸入電阻，也可用場效應管代替晶體管，稱場效應管差分放大器，但需注意場效應管有失調電壓和溫漂較大的缺點。本文檔共90頁；當前第77頁；編輯于星期三\9點54分

4.差分放大器的輸入、輸出方式基本有四種：即雙端輸入雙端輸出，雙端輸入單端輸出，單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出。在很多情況下，我們需要對地輸出，這時差分放大器處在單端輸出狀態(tài)下，在差模輸入時，n點位相與a點的輸入電壓相同，而與b點的相反，所以由n點輸出時，a點為同相輸入端，b點為反相輸入端。差分放大器可抑制零點漂移，且有靈活的輸入和輸出方式，被廣泛的應用在各種生物醫(yī)學測量儀器中，如心電機的前置放大器，因其選用直接耦合方式，所以它也是集成運算放大器的基礎。本文檔共90頁；當前第78頁；編輯于星期三\9點54分三.調制型直流放大器對于直流或緩慢變化信號的放大，為了解決級和級之間的直流電位相互影響和零點漂移的問題，除采取上面介紹的差動放大器外，還可以用調制型直流放大器。它是將直流或緩慢變化信號先轉換成一定頻率的交流信號，然后經過交流放大，再將放大后的交流信號變換成原直流或緩慢變化的信號。本文檔共90頁；當前第79頁；編輯于星期三\9點54分斬波調制器這種調制器的任務是把直流信號變成交流信號。2.放大后的解調上述斬波調制得到的矩形波經交流放大后，需要再把它變成與輸入信號幅度和極性相對應的直流信號，這就是解調。本文檔共90頁；當前第80頁；編輯于星期三\9點54分第五節(jié)功率放大器電子儀器最后一級的放大器，常常需要給負載提供較大的電壓和較大的電流，也就是需要供給負載較大的功率，這種放大器稱為功率放大器(poweramplifier)，簡稱為功放。放大電路實質都是能量轉換電路，從能量控制的觀點來看功率放大器和電壓放大器、電流放大器沒有本質的區(qū)別，無論哪種放大器，在負載上都同時存在輸出電壓，輸出電流和輸出功率。本文檔共90頁；當前第81頁；編輯于星期三\9點54分一.甲類功率放大器根據功率管工作點的位置不同，可分為不同種功率放大器。當晶體管工作點選擇在特性曲線的線性部分時，稱為甲類功率放大器。其功率放大器的原理與電壓放大器完全相同。功率放大器要輸出一定功率，所以選用的晶體管是大功率管，電阻RC和RB1及RB2的阻值要選得小一些，功率大些，如果負載電阻適當，可代替R