3生物医学常用放大器详解

第三章生物医学常用放大器变换器电子技术处理显示记录一般诊断装置的原理框图机体参数从人体获得的生物医学信号，再经过滤波、放大、显示等一系列处理过程，才能为医学争论和临床诊断供给牢靠的客观依据。本章在前面放大电路根本原理的根底上，首先介绍生物电信号特点、频谱及常用的几种滤波电路，然后重点争论负反响放大器、直流放大器的工作原理及特点，最终简述功率放大器。根本内容：1、生物医学信号的特点及其频谱2、负反响放大器3、直流放大器4、功率放大器第一节生物医学信号的特点及频谱非生物电信号：是由于人体各种非电活动产生的信号，如心音、血压波、呼吸、体温等。生物信号：携带生物信息的信号。生物电信号：是由于人体内各种神经细胞自发地或在各种刺激下产生和传递的电脉冲，肌肉在进展机械活动时也伴有电活动所产生的信号，如心电、脑电、肌电等。医学中还常通过在人体上施加一些物理因素的方法来获得生物信号，如各种阻抗图，它以数十千赫沟通电通过人体的肯定部位，获得阻抗或导纳变化的波形图；又如超声波诊断仪器，它向人体放射脉冲式的超声波，通过回波方式获得的生物信号。另外还有通过在体外检测人体样品的仪器、生理参数遥测仪器和放射性探测仪器等猎取的生物信号。——帮助产生一、生物医学信号的特点1、频带范围DC---几KHZ直流放大器频率低频带宽 〔放大低频信号〕一、生物医学信号的特点2、信号弱〔幅度低〕高放大倍数、低噪声μV—mV 3、内阻大输入级高输入阻抗

MΩ级4、信噪比低噪声〔干扰〕来源：生物体内部、空间电磁干扰、放大器、电源。一、生物医学信号的特点二、生物医学放大器的根本要求1、高放大倍数2、高输入阻抗3、高共模抑制比4、低噪声5、低漂移6、适当的频响第三章生物医学常用放大器其次节负反响放大器一、反响的概念但凡将放大电路输出端的信号〔电压或电流〕的一局部或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反响。假设引回的信号减弱了输入信号，就称为负反响。假设引回的信号增加了输入信号，就称为正反响。这里所说的信号一般是指沟通信号，所以推断正负反响，就要推断反响信号与输入信号的相位关系，同相是正反响，反相是负反响。取+加强输入信号正反响用于振荡器取-减弱输入信号负反响用于放大器负反响的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反响框图：放大器A输出Xo开环闭环反馈网络F±叠加反馈信号实际被放大信号输入XiXdXf二、负反响的根本类型〔一〕电压反响和电流反响1、电压反响：反响信号取自输出电压信号。推断：设输出电压为零〔输出端短路〕，反响信号也为零。2、电流反响：反响信号取自输出电流信号。推断：设输出电压为零〔输出端短路〕，反响信号不为零。依据反响所采样的信号不同，可以分为电压反响和电流反响。依据反响信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反响和并联反响。1、串联反响：反响信号与输入信号串联〔反响电压信号与输入信号电压比较〕〔二〕串联反响和并联反响ufuiubeube=ui-uf串联反响使电路的输入电阻增大。iifibib=i-if2、并联反响：反响信号与输入信号并联，(即反响信号电流与输入信号电流比较。)并联反响使电路的输入电阻减小。〔三〕正、负反响的推断承受瞬时极性法推断，具体步骤为：事先假定放大器的输入端对地加一个正的输入信号，然后依据放大器的组态逐极推断出各个相关点的极性，直至输出信号的极性，然后推断反响信号的极性，确定是正反响还是负反响。〔四〕四种形式的负反响放大电路关于负反响的方式来看：当反响信号取自输出电压的时，称电压负反响；当反响信号取自输出电流时，称电流负反响。从反响信号与输入信号的连接方式来看：当反响信号与输入信号是串联在一起掌握输入信号电压大小的，称为串联负反响；与输入信号是并联在一起掌握输入信号电流大小的，称为并联负反响。归纳起来，负反响共有四种方式，即电压串联负反响、电流串联负反响、电压并联负反响、电流并联负反响。1、电压串联负反响+UCCC1RB1REC2RB2ubeufui在输入回路中，Re上的反响电压与加在三极管基极上的输入信号电压是串联关系，相加的结果是基极上输入电压的变化量相应削减，所以是负反响。＋＋(1)有无反响

反响元件:Rexf=uRe=uoxf=uo电压反响(全反响)(2)是何种反响xi′=xi-xf方法：瞬时极性法假定某一时刻xi的极性，找出xf的极性,xi′=xi-xf负反响

xi′=ubexi=uixf=uRe设ui上+→ib上+→uRe上+，ube=ui-uRe是负反响C1RbC2+ECuiuoReRL输入端:xi、xi′、xf在一个回路,串联反响电压串联负反响〔4〕稳定uo过程设ui不变uo↑uo↑→uRe↑→ube↓=ui-uRe→ib↓→ic↓〔3〕是串联反响还是并联反响uo(↓)2.电流串联负反响+UCCRCC2C1RB1RERB2ubeufuiube=ui-uf

＋＋在输入回路中，Re上的反响电压与加在三极管基极上的输入信号电压是串联关系，相加的结果是基极上输入电压的变化量相应削减，所以是负反响。+UCCC1RFREC2Rc＋-3.电压并联负反响uiRsibificAii＝if+ib

if与ii

是并联关系

4.电流并联负反响三、负反响对放大器性能的影响基本放大电路A反馈回电路F

+–uoufu’iui——开环放大倍数——反响系数——净输入信号1.降低放大倍数——闭环放大倍数放大倍数降低了

倍1+AF称为反响深度2.提高放大倍数的稳定性假设反响深度很深，则有1+AF>>1,所以：所以对于深度负反响，放大倍数的稳定性大大提高。3.改善波形失真Auiuo加反馈前加反响后ufuiAF+–

改善uo留意：只对放大器本身引起的失真有效，对原本就失真的波形无效。4.展宽通频带频带的限制是由于放大器在不同频率上放大倍数发生变化而造成的。而在参加负反响后，排解了放大倍数与放大器中与频率有关因素的影响。这样可以使负反响放大器的放大倍数在很宽的频率范围内都与频率无关。放大倍数在很宽的频率范围内是稳定的，所以频带就展宽了。5.对输入和输出电阻的影响(1)串联负反响使电路的输入电阻增加：(2)并联负反响使电路的输入电阻减小：(3)电压负反响使电路的输出电阻减小：(4)电流负反响使电路的输出电阻增加：动物血压调整系统×xo血压压力感受器调节机构xi

输入xi′

xf

颈动脉窦第三章生物医学常用放大器第三节直流放大器一、直流放大器需要解决的两个问题：⒈各级间的耦合问题：⒉零点漂移的问题：增加R2、RE2:用于设置适宜的Q点。问题1:前后级Q点相互影响。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的特殊问题问题2:零点漂移。前一级的零漂将作为后一级的输入信号，使得当ui

等于零时，

uo不等于零。uot0有时会将信号漂浮+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2二、差分放大器(differentialamplifier)1.预备学问ui1ui2放大电路uo差模信号〔differential-modesignal〕:两个信号的大小相等、极性相反。〔有用信号〕共模信号(common-modeinputsignal)：两个信号的大小相等、极性一样。〔噪声和干扰信号〕。2.电路构造T1和T2参数一样，具有一样的温度特性和静态工作点，电路具有对称的构造。具有两个输入端和两个输出端。成为双端输入—双端输出差分放大器。

3.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0当ui1

=

ui2=0

时：当温度变化时：

4.差分放大器对信号的放大作用〔1〕共模信号输入uo=

uC1-

uC2＝0ui1

=

ui2

在实际电路中共模信号就是干扰或者是不需要的信号.抱负状况下，两路的共模信号电压一样，经过取差，输出电压为零，即没有输出。在实际电路中，两个电路很难完全对称，两路集电极输出电压不同，故还是有一些输出uoc，此时放大倍数表达式为：

AC为差分放大器的共模电压放大倍数，uC为共模输入电压，可见共模放大倍数愈小愈好。〔2〕差模信号输入ui1

=-

ui2

uo=

uC1-

uC2不为零当输入端上加一信号电压uid时，T1管和T2管的基极上分别加上ui1=uid/2和ui2=-uid/2，输入电压大小相等相位相反，称差模输入(differentialinput)。由于两管参数完全对称，两管对输入信号具有同样放大作用，T1、T2管输出电压分别为：mn从两个集电极间输出电压为：由于差动放大器的放大倍数Ad定义为uod／uid，故可得式中RC、rbe、β可为电路任一侧参数，差模输入信号是所要放大的有用信号，因此差模放大倍数愈大愈好。mnRE对差模信号无电流负反响作用，只对共模信号有电流负反响作用，如当温度变化引起一系列反响过程如下：三、改进型的差分放大器1、具有射极公共电阻的差动放大器由于RE在电路中起到了电流负反响的作用，所以RE的阻值越大越好，但是过大的RE使得放大器的静态工作点降低，所以外接负电源EE的作用是补偿RE两端的直流压降，使电路获得适宜的静态工作点。〔1〕直流分析〔电路对称〕RpRp为调零电位器，来调整电路不对称带来的影响。但是Rp的阻值很小，分析静态工作点时可以略去。b.静态工作点

UBE1=0.7VI1>>IB1

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

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

a.直流通路

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

＝-βRc/{[[RB1+(RB2/