生物医学常用放大器 ppt课件

稳定电压加到基极，从集电极获得稳定的输
出电流，称为恒流源。电路如图所示：
由GF= io/ ui 得io= GF·ui，因ui恒定，同 时GF ≈1/ Re也恒定，故io恒定。 C、稳定放大倍数Au：
uo=ic·RL´=ib·RL´ （RL´ =RC∥RL） AF=uo/ui= ic·RL´/ui = GF·RL´≈ RL´/ Re
开环电压放大倍数的相对变化量
ΔA/A=40%
闭环电压放大倍数的相对变化量 ΔA/A=5.7%
3、减小非线性失真。
4、展宽放大器的通频带。
5、串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻； 电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增加输出电阻。见 书本59页表3-2. 6、反馈回路中电阻值不宜过大，避免产生热噪声。
馈，若不存在为电压反馈。
3、应用： 例2：判别下列反馈类型。
分析：（a）由于反馈信号和输入信号在同一节点引入，所以为 并联反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压
反馈；此反馈为负反馈（如图所示）。故为电压并联负反馈。
（b）由于反馈信号和输入信号不在同一节点引入，所以为串联 反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压反馈
串联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以串联形式
输入信号和反馈信号在不同节点引入
串联负反馈增加 输入电阻
2
并联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以并联形式
输入信号和反馈信号在同一节点引入
并联负反馈减小 输入电阻
直流反馈
3 交流反馈
反馈信号为直流信号 直流通路中存在反馈 反馈信号为交流信号 交流通路中存在反馈
三、差分放大器（differential amplifier） 1、电路结构：
如图所示：电路结构是对称的，电路中两个晶体管的特性一致，对称
的元件也相同。信号电压由两个基极输入，放大后的输出电压由两管的
串联反馈：反馈信号与输入信号不在同一节点引入，反馈信号和 输入信号是以电压的形式进行比较。
②电压、电流反馈判定： 电压反馈：反馈信号为输出电压，反馈信号大小与电路的输出
电压成正比。 电流反馈：反馈信号为输出电流，反馈信号大小与电路的输出
电流成正比。 判别时也可采用使电路输出端短路，若反馈仍存在则为电流反
2、提高放大倍数的稳定性。
例3-1 某一放大器的开环电压放大倍数A=1000。若由于环境温 度的影响，使A下降为600。若引入负反馈，反馈F=0.01，试比 较引入负反馈前后电压放大倍数的相对变化量
解 A=1000时 A=A/（1+FA）=1000/（1+1000Χ0.01）=90.91
A=600时 A=A/（1+FA）=600/（1+600Χ0.01）=85.71
馈信号与输入信号不在同一节点，同时极性相同，为串联负反馈； 若将输出端短路，反馈不存在，故为电压串联负反馈。
③特性： A、稳定放大倍数AF
ui=uo+ube=uo+rbeib uo=ie Re´=（+1）ibRe´ （Re´ =Re∥RL） AF=uo/ui=（+1）Re´/[rbe+（+1）Re´]≈1 由此可见电路放大倍数略小于1，但其非常稳定，输出电压总 是跟随输入电压变化，故称为跟随器（follower）。 此电路不能放大电压，但能够放大电流和功率。 B、对Ri、Ro的影响： 电压负反馈使输出电阻Ro减小，串联负反馈使输入电阻Ri增大 。
riU Iii Ibrb e IbIcR'Erb e(1)R'E
3、电压并联负反馈 ①电路：如图所示。
②原理： 反馈信号与输入信号在同一节
点，同时极性相反，为并联负反 馈；若将输出端短路，反馈不存 在，故为电压并联负反馈。
③特性： A、稳定放大倍数AF
负反馈使信号源提供的电流ii被反馈电阻分了一部 分，基极电流ib实际减小，输出电压减小，故使放大 倍数减小，但更稳定。
放大电路的反馈类型、判别方法和对放大电路性能的影响
反馈类型
定义
判别方法
对放大电路性能影响
电压反馈 反馈与信输号出从电输压出成电正压比取样，将负载短路，反馈信号消失 1
电流反馈 反馈与信输号出从电输流出成电正流比取样，将负载短路，反馈信号仍存在
电压负反馈稳定输出 电压，减小输出电阻
电流负反馈稳定输出 电流，增加输出电阻
3、减小主要措施 ①利用非线性元件进行温度补偿
利用温度对非线性元件（如半导体二极管、热敏电阻）的影响来抵 消温度对晶体管参数的影响所产生的漂移。 ②采用差动式放大电路
利用两只型号、特性相同的晶体管进行温度补偿。 二、直流放大器的级间耦合 1、直接耦合：把前一级的输出端直接接到后一级的输入端。 2、直接耦合的形式 ①把前级的集电极直接连到后级的基极 电路：如图所示。
第二节 负反馈放大器
一、反馈（feedback）的基本概念 1、概念：
指将系统的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定 的方式送回到输入端，并对输入和输出造成一定影响的过程。 2、分类： ①按照反馈极性可分为正反馈和负反馈 A、正反馈：反馈信号使放大电路净输入信号增加，从而使放大电 路的输出信号比没有反馈时增大。 B、负反馈：反馈信号使放大电路净输入信号减少，从而使放大电 路的输出信号比没有反馈时减小。 ②按信号类型可分为直流反馈和交流反馈 A、直流反馈：反馈信号为直流量。 B、交流反馈：反馈信号为交流量。
第三章 生物医学常用放大器 第一节 生物医学信号的特点
一、生物电信号的基本特征
1、产生：心电、脑电、肌电 2、生物电信号特征 ①频率特性：频率在0～几千Ｈz。 ②幅值特性:信号弱 ③噪声强。干扰信号 ④信号源输出阻抗高
二、生物放大器的特点
针对生物电信号的特点，医学生物放大器应具备如下基本特点： ①有精确而稳定的放大倍数。反馈 ②放大器前级应具有很高的输入阻抗。 ③高共模抑制比。 ④低噪声的场效应管。 ⑤低漂移。放大器的频率和幅值与生物信号的频率和幅值很接近。 ⑥适当的通频带。
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③正负反馈判别 采用“瞬时极性法”： 在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极性为正或
三、负反馈对放大器性能的影响 1、降低放大器的放大倍数。
负反馈放大器开环（无反馈） 放大倍数:
ห้องสมุดไป่ตู้
A=XO/Xd
反馈电路的反馈系数为反馈 信号与输出信号之比
F=Xf/XO
引入负反馈后的净输入信号为
Xd=Xi-Xf
故
Af=XO/（Xi-Xf）
负反馈放大器（有反馈）闭环放大倍数为
Af=XO/Xi=A/（1+FA）
；此反馈为负反馈（如图所示）。故为电压串联负反馈。
三、四种类型负反馈放大电路 1、电流串联负反馈 ①电路：如图所示。
②原理： 反馈信号与输入信号不在同一节
点，同时极性相同，为串联负反馈 ；若将输出端短路，反馈仍存在， 故为电流串联负反馈。
③特性：该类电路通常是用来从 给定的信号电压ui获得较大的输出 电流io. A、转移跨导：GF= io/ ui
二、负反馈的基本类型 1、类型
根据反馈定义，反馈取样的对象可以是电压，也可以是电流， 而反馈信号引回到输入端的连接方式可以是串联，也可以是并联， 因而反馈有四种类型： ①电压串联反馈 ②电压并联反馈 ③电流串联反馈 ④电流并联反馈 2、反馈类型的判别 ① 串联、并联反馈判定：
并联反馈：反馈信号与输入信号在同一节点引入，反馈信号和输 入信号是以电流的形式进行比较。
使放大倍数减小，
弱
并联反馈：在同一节点的输入信号和反 改善放大电路性能
馈信号瞬时极性相反
第三节 直流放大器
生物医学信号是低频信号，所以直流放大器得到广泛应用。由于 直流放大器用于放大直流信号或变化缓慢的电信号，产生了直流放 大器所特有的问题，即级间耦合和零点漂移。 一、零点漂移： 1、概念：
在直流放大器中，各级之间采用直接耦合，所以在放大器中任一 点的直流电位改变都会改变输出端电压的变化。当输入信号电压为 零时，输出电压应为零或保持某一稳定值。
负（+或－），然后根据放大器各级电路输入端与输出端信号间 的相位关系（同相或反相），标出电路各点的瞬时极性，再得 到反馈端信号的极性，最后通过比较反馈端与输入端信号的极 性来判断电路的净输入信号是加强还是减弱。
其具体判别法为： 当输入信号和反馈信号不在同一节点 引入时，若两瞬时极
性相同，则为负反馈，若两极性相反，则为正反馈。 当输入信号和反馈信号在同一节点 引入时，若两瞬时极性
把PNP型晶体管和NPN型晶体 管交替使用。电路如图所示：
特点：各晶体管有适当工作点， 信号传输无损失，应用较多。 3、直流耦合的优缺点 ①在直接耦合下前后放大电路直接 相连，可放大变化缓慢的信号，也 可以反映信号直流电平的变化，也 可放大交流信号，低频特性好。 ②由于无电容，便于集成。 ③前后级静态工作点不独立，相互 影响。
直流负反馈稳定 静态工作点
交流负反馈改善 放大电路性能
正反馈 4
负反馈
串联反馈：在不同节点的输入信号和反
反馈信号使净输入信号加 馈信号瞬时极性相反
使放大倍数增加，
强
并联反馈：在同一节点的输入信号和反 电路工作可能不稳定
馈信号瞬时极性相同
串联反馈：在不同节点的输入信号和反
反馈信号使净输入信号减 馈信号瞬时极性相同
io=ic=ib ui=ube+uF=rbeib+（ic+ib）Re= rbeib+（+1）ibRe GF= io/ ui = /[rbe+（+1）Re]≈1/ Re 无反馈时： ui=ube = rbeib ， G0= /rbe>GF 负反馈使GF减小，但使其更稳定。
B、恒流源： 电流串联负反馈常应用到直流，把一个
相同，则为正反馈，若两极性相反，则为负反馈。
例：判断下列反馈是正反馈还是负反馈。
分析：（a）在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极 性为“＋”，由于信号从反相输入端输入，则输出端信号对地极 性为“－”，经过反馈电阻Rf得到的反馈信号极性为“－”，如图 所示。因输入信号和反馈信号不在同一节点引入，两信号极性相 反，所以为正反馈。 （b）在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极性为“ ＋”，由于信号从同向输入端输入，则输出端信号对地极性为“ ＋”，经过反馈电阻Rf得到的反馈信号极性为“＋”，如图所示。 因输入信号和反馈信号不在同一节点引入，两信号极性相同，所 以为负反馈。
（GF= io/ ui、io=ic）
无反馈时：Au= ·RL´/rbe>> AF 负反馈使AF减小，但使其稳定。 D、对Ri、Ro的影响：
电流负反馈使输出电阻Ro增大，串联负 反馈使输入电阻Ri增大。
ri rbe(1)RE
2、电压串联负反馈 ①电路：如图所示：（射极跟随器，源极跟随器）
②原理： 射极跟随器和源极跟随器的原理相似，以射极跟随器为例。反
特点：A、元件少，结构简单。 B、为保证晶体管正常工作，后级 的基极电势被抬高，级数增多，电 路不能正常工作。 C、射极电阻Re逐级增大，电流负 反馈加深，放大倍数逐渐减少。
②辅助电源法 电路：如图所示。 特点：A、利用R1、R2和辅助
电源的作用，使各级有适当的 工作点。
B、信号经过R1、R2分压传输 有损失。 ③互补管交替使用
B、对Ri、Ro的影响： 电压负反馈使输出电阻Ro减小，并联负反馈使输入电阻Ri减
小。 4、电流并联负反馈
①电阻RE2和RF是联系输入和 输出的公共支路,因此电路中 有反馈支路,有反馈存在.
②反馈类型:
假设输出电压短路,T2的射极电流仍存在,故是电流反馈.从反馈支路 输入端的连接方式看,输入信号和反馈信号在同一节点引入,故属并 联反馈.用瞬时极性判断可知,由于反馈电流的存在,使净输入信号减 小,电路是负反馈.所以电路是电流并联负反馈.
在实际电路中，由于温度变化，元件老化等原因，使得当输入 信号电压为零时，直流放大器输出端电压有缓慢变化，这种现象称 为零点漂移(温漂）。 2、产生原因 ①电阻变化（老化） （可采用高精度电阻并经防老化处理） ②电源电压波动 （采用高稳定度的直流稳压电源） ③晶体管参数随温度变化（主要原因）
环境温度变化，晶体管的参数改变，电路工作状态发生改变。