第3章 生物医学常用放大器 第1-2节 负反馈

第一节生物电信号的特点第二节负反馈放大器第三节直流放大器第四节功率放大器第三章生物医学常用放大器第一节生物电信号的特点一、生物电信号的基本特性二、生物医学放大器的基本要求一、生物电信号的基本特性1.生物信号的定义：携带生物信息的信号。生物电信号：如心电、脑电、肌电等非生物电信号：如体温、血压、呼吸等分类：注意：非生物电信号的采集需要合适传感器将其转换成电信号。

（1）频率特性：生物电信号的频带主要在低频和超低频范围内。如脑电信号的频带集中在0.5Hz至100Hz范围；心电信号的频带在0.05Hz至100Hz；肌电信号的频带为10Hz至2KHz。（2）幅值特性：生物电信号的幅度较小，只有毫伏级甚至微伏级。如脑电信号在几微伏到几百微伏变化，肌电信号在几微伏到几千微伏变化。（3）噪声强2.生物电信号的特性二、生物医学放大器的基本要求基本要求：由于生物医学信号频率较低且频带较宽、阻抗较高且幅度较低和信噪比较小的特点，选用放大器有如下要求：1.高放大倍数4.低噪声2.高输入阻抗5.低漂移3.高共模抑制比6.合适的频带第二节负反馈放大器一、反馈的基本概念及分类二、反馈的基本类型1、反馈的分类2、四种形式的负反馈放大电路3、负反馈类型的判断三、负反馈对放大器性能的影响

一.反馈的基本概念1.定义及方框图：

(1)定义:凡是将放大电路(或某个系统)输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路(反馈电路)引回到输入端，则称为反馈。Axoxi(a)无反馈(2)方框图：(b)有反馈Axoxid放大环节反馈环节xiFxf－

+比较环节取样

放大电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入，称为反馈。要研究哪些问题？怎样引回是从输出电压还是输出电流引出反馈多少怎样引出反馈放大电路可用方框图表示影响放大电路的输入电压还是输入电流2.1正反馈和负反馈引入反馈后其变化是增大？还是减小？引入反馈后其变化是增大？还是减小？二、反馈的基本类型反馈信号削弱净输入信号，故称为负反馈；反馈信号增强净输入信号，故称为正反馈。闭环放大电路AxoxidxiFxf－

+正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小从输入信号角度正反馈和负反馈**瞬时极性法判断正负反馈

从输入端开始，假定并标记某一时刻输入信号极性为“+”，沿着信号流向，从前向通路到反馈通路，依次标出有关节点电压的相对极性(分别用“+”、“-”号表示)，最终确定反馈量对输入量的影响。例：(+)(-)(-)(-)(-)净输入量负反馈反馈通路总结：负反馈负反馈(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)净输入量负反馈反馈通路正反馈正反馈(+)(+)(+)(-)2.2直流反馈和交流反馈直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。引入交流负反馈均引入直流负反馈2.3交流负反馈的四种组态

将输出电压的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电压反馈，即

将输出电流的一部分或全部引回到输入回路来影响净输入量的为电流反馈，即

描述放大电路和反馈网络在输出端的连接方式，即反馈网络的取样对象。1.电压反馈和电流反馈2.串联反馈和并联反馈

描述放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即输入量、反馈量、净输入量的叠加关系。--串联反馈--并联反馈+_反馈串联反馈和并联反馈的判定方法：如输入信号Xi与反馈信号Xf在输入回路的不同端点，则为串联反馈。如输入信号Xi与反馈信号Xf在输入回路的相同端点，则为并联反馈。（1）类型输入端：反馈信号在输入端联接分为串联和并联两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为取电压和电流两种方式。电流并联电压串联电压并联电流串联3.四种类型的反馈组态（2）四种反馈组态：放大电路中反馈的分析内容：

图示电路有无引入反馈？

是直流反馈还是交流反馈？

是正反馈还是负反馈？

若为交流负反馈，其组态为哪种？反馈的判断**各种反馈的综合判断

“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。一.有无反馈的判断无反馈负反馈二.直流反馈和交流反馈的判断“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。电路中所有电容对交流信号均可视为短路。仅有直流反馈三.正、负反馈（反馈极性）的判断“看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。瞬时极性法：给定的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到的极性.－－正反馈－－负反馈四.

交流负反馈中四种组态的判别方法并联：反馈量xf

和输入量

xi

接于同一输入端串联：反馈量xf

和输入量

xi

接于不同的输入端根据电路连接方式：RLuo电压反馈RLiE电流反馈红色为反馈通路电压：将负载短路，反馈量xf

＝0。电流：将负载短路，反馈量xf≠0。根据电路分析方法：分别示出上述四种负反馈形式的框图(a)电流串联负反馈(b)电流并联负反馈(c)电压串联负反馈(d)电压并联负反馈C1+Ui

–ReRb

+UCCC2RL+uo–负反馈例1：电路如下图所示，试分析其反馈类型。(+)(+)(+)电压串联例2：电路如下图所示，试分析其反馈类型。信号的正向传输反馈通路（反馈网络）类型：电压并联负反馈反馈元件RF；瞬时极性法判断为负反馈，将输出短路，判断为电压负反馈。(+)(+)(-)(-)例3.电路如下图所示，试分析其反馈类型。(+)(+)类型：电流串联负反馈(+)+__++引入了电流串联负反馈例4.电路如下图所示，试分析其反馈类型。++电流并联负反馈uouiuFRE2RFRC1RC2+UCC

例5.电路如下图所示，试分析其反馈类型。并联反馈电流反馈例6.电路如下图所示，试分析其反馈类型。RF、CF：反馈类型为交流电压并联负反馈RE2、CE2：反馈类型为直流负反馈三、负反馈对放大电路性能的影响一、降低放大倍数二、提高放大倍数的稳定性三、改变输入电阻和输出电阻四、展宽频带五、改善波形，减小失真六、引入负反馈的一般原则1、负反馈放大电路的放大倍数表达式

开环增益（考虑反馈网络的负载效应）反馈系数闭环增益已知即闭环增益的一般表达式2.反馈深度一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡3、提高放大倍数的稳定性在中频段，放大倍数、反馈系数等均为实数。说明放大倍数减小到基本放大电路的，但放大倍数稳定性是基本放大电路的倍。4、改变输入电阻和输出电阻(1).对输入电阻的影响引入串联负反馈时

对输入电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输入端的接法有关，即决定于是串联反馈还是并联反馈。串联负反馈增大输入电阻引入并联负反馈时并联负反馈减小输入电阻。(2).对输出电阻的影响

对输出电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输出端的接法有关，即决定于是电压反馈还是电流反馈。引入电压负反馈时

电压负反馈稳定输出电压，使输出具有恒压特性，因而输出电阻减小。电压负反馈使输出电阻减小输出电阻为：得：对输出电阻的影响引入电流负反馈时电流负反馈稳定输出电流，使输出具有恒流特性，因而输出电阻增大。电流负反馈使输出电阻增大offiiIFXXXX&&&&&&=-=-=¢-结论：1、采用串联负反馈，能增大输入电阻；2、采用并联负反馈，能减小输入电阻；3、采用电流负反馈，能增大输出电阻，稳定输出电流；4、采用电压负反馈，能减小输出电阻，稳定输出电压，增强带负载能力；思考：如果需要实现下列要求，在交流放大电路中应引入哪种类型的负反馈?要使输出电压uo基本稳定,并能提高输入电阻。(2)要使输出电流io

基本稳定,并能减小输入电阻(3)要使输出电流io

基本稳定,并能提高输入电阻。三、展宽频带引入负反馈后的幅频特性可推导出引入负反馈后的截止频率、通频带fLfHfLffHf四、减小非线性失真和抑制干扰1.非线性失真

当输入信号为正弦波时，输出信号的波形可能不再是一个真正的正弦波，而将产生或多或少的非线性失真，当信号幅度比较大时，非线性失真现象更为明显。2.减小非线性失真

由于晶体管输入特性的非线性，当b-e间加正弦波信号电压时，基极电流的变化不是正弦波。若加在b-e之间的电压正半周幅值小于负半周的幅值，则其电流失真会减小，甚至为正弦波。非正弦波近似正弦波_五、引入负反馈的一般原则稳定Q点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负反馈；根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小输入电阻应引入并联负反馈；根据负载需要，需输出稳定电压（即减小输出电阻）的应引入电压负反馈，需输出稳定电流（即增大输出电阻）的应引入电流负反馈；从信号转换关系上看，

将输入电压转换为输出电压应引入电压串联负反馈，

将输入电流转换为输出电压引入电压并联负反馈，

将输入电压转换为输出电流应引入电流串联负反馈，

将输入电流转换为输出电流应引入电流并联负反馈。练习：选择合适答案填入空内。

A．电压B．电流C．串联D．并联（1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入

负反馈；（2）为了稳定放大电路的输出电流，应引入

负反馈；（3）为了增大放大电路的输入电阻，应引入

负反馈；（4）为了减小放大电路的输入电阻，应引入

负反馈；（5）为了增大放大电路的输出电阻，应引入

负反馈；（6）为了减小放大电路的输出电阻，应引入

负反馈。解：（1）A（2）B（3）C（4）D（5）B（6）A练习：为减小放大电路从信号源索取的电流，增强稳定输出电压能力，应引入什么反馈？（增大输入电阻+稳定输出电压，所以为电压串联负反馈）为了使电流信号转换成与之成稳定关系的电压信号，应引入什么反馈？（输入端电流，输出端电压，所以为电压并联负反馈）为了使电压信号转换成与之成稳定关系的电流信号，应引入什么反馈？（输入端电压，输出端电流，所以为电流串联负反馈）练习：已知交流负反馈有四种组态：

A．电压串联负反馈B．电压并联负反馈

C．电流串联负反馈D．电流并联负反馈选择合适的答案填入下列空格内。（1）欲得到电流－电压转换电路，应在放大电路中引入

；（2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入

；（3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入

；（4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入

。BCAD练习：选择合适的答案填入空内。（1）对于放大电路，所谓开环是指

。

A．无信号源B．无反馈通路

C．无电源D．无负载而所谓闭环是指

。

A．考虑信号源内阻B．存在反馈通路

C．接入电源D．接入负载（2）在输出量不变的情况下，若引入反馈后

，则说明引入的反馈是负反馈。

A．输入电阻增大B．输出量增大

C．净输入量增大D．净输入量减小（3）直流负反馈是指

。

A．直接耦合放大电路中所引入的负反馈

B．只有放大直流信号时才有的负反馈

C．在直流通路中的负反馈（4）交流负反馈是