3生物医学常用放大器详解

共模信号(common-mode input signal)：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
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：
RB2 I1 IB1
I2 RB1
+EC
RC1 T1 RE EE
c. 沟通分析
RB1
ui1 RB2
RC
uo1
ib＝ui1/{RB1+(RB2//rbe)}- ui1(RB2//rbe)/{[RB1+(RB2//rbe)] RB2}
Ad1=uo1/ui1= -βib1Rc/{[ib1[RB1+(RB2//rbe)]}
Xo
.
.
.
Xd XiXf ——净输入信号
.
Af
Xo
.
——闭环放大倍数
Xi
.
Af
.
Xo
.
XdX f
1
.
.
X
.
d
X
.
f
1 1 F A
A 1 AF
Xo Xo
放大倍数降低了 1
倍
1 AF
1+AF称为反响深度
2. 提高放大倍数的稳定性
Af
A 1 AF
假设反响深度很深，则有1+AF>>1,所以：
Af 1A AFAAFF 1
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。
RL
(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′= ube xi= ui xf= uRe
设 ui 上+ →ib上+ →uRe 上+ ， ube= ui- uRe 是负反 响
〔3〕是串联反响还是并联反响 输入端: xi、xi′、xf 在一个回路, 串联反响 电压串联负反响
ui
ube
RB2
uf
C2
＋
RE
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。
+EC
(1) 有无反响 反响元件: Re
C1 Rb
C2
xf = uRe= uo
ui
xf =uo 电压反响(全反响)
Re uo
二、负反响的根本类型 〔一〕电压反响和电流反响
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。
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
〔二〕串联反响和并联反响 依据反响信号在输入端与输入信号比较形式的不
双端输出电阻
ro＝2RC
共模抑制比〔common mode ratio，KCMRR 〕
KCMRR＝Ad/Ac
共模抑制比越大说明电路抑制零漂的性能越 好。假设电路完全对称Ac＝0， KCMRR＝∞。
分贝dB(decibel) 表示 KCMRR = 20lg∣Ad/Ac∣ (dB) 例: 假设 KCMRR= 1000 KCMRR= 20lg1000=60dB
T2 uo RE2
有时会将 信号漂浮
uo
t 0
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。
二、差分放大器 (differential amplifier) 1. 预备学问
ui1
ui2
放大电路
uo
差模信号〔differential-mode signal〕: 两个信号的 大小相等、极性相反。 〔有用信号〕
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
uoc uc
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
mn
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(differential input)。由于
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
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。
＝ -βRc/{[ [RB1+(RB2//rbe)]}
同理 Ad2= Ad1
双端输出电压为 uo= uo1-uo2=Ad1 ui1- Ad2ui2=Ad1 ( ui1- ui2)
双端输入—双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为
Ad=uo/ui= Ad1＝ Ad2
双端输入电阻
ri＝2{RB1+(RB2//rbe)}
〔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。
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。
反响框图：
Hale Waihona Puke 实际被放大信号输入Xi
叠加 Xd
±
放大器A
反馈
信号 反馈网络F Xf
开环 输出Xo
闭环
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。
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〕
ui
ube uf
串联反响使电路的 输入电阻增大。
ube=ui-uf
2、并联反响：反响信号与输入信号并联，(即反响信 号电
输入信号电流比较。)
流与
if i
ib
并联反响使电路的 输入电阻减小。
ib=i-if
第三章 生物医学常用放大器
机
体 参
变换器 电子技术处理
数
一般诊断装置的原理框图
显示 记录
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。
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：
um
RC (uid) rbe 2
un
RC(uid)
rbe
2
mn
从两个集电极间输出电压为：uodumunR rbCeuid
由于差动放大器的放大倍数Ad定义为uod／uid，故可得
Ad
RC rbe
式中RC、rbe、β可为电路任一侧参数，差模输入信号
〔4〕稳定uo过程 设 ui 不变 uo↑ uo↑→uRe↑→ube↓= ui- uRe → ib↓→ ic↓
uo (↓)
2. 电流串联负反响
+UCC
RB1
C1 ＋
ui
RB2
ube uf
RC C2
＋
RE
ube=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。
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：
直接耦合电路的特殊问题
R1 RC1
R2 T1
ui
RC2
+UCC
T2 uo RE2
问题 1 :前后级Q点相互影响。 增加R2 、RE2 : 用于设置适宜的Q点。
R1 RC1
R2 T1
ui
RC2
+UCC
一、生物医学信号的特点
一、生物医学信号的特点
1、频带范围 DC--- 几KHZ
放大器 频率低频带宽
直流 〔放大低频信号〕
一、生物医学信号的特点
2、信号弱〔幅度低〕 μV—mV
高放大倍数、低噪声
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。
是所要放大的有用信号，因此差模放大倍数愈大愈好。
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
RE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：
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。
uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
4.差分放大器对信号的放大作用 〔1〕共模信号输入
ui1 = ui2
uo= uC1 - uC2 ＝0
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
⑵ 带恒流源的差动放大器
RB1 RS1
ui1
RC1 uo
T1
T3
+EC
RC2 RB2
T2
RS2
ui2
RE R1
R3
R2
EE
恒流源的作用
a. 恒流源相当于阻值很大的电阻。
b. 恒流源不影响差模放大倍数。 c. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍
〔1〕直流分析〔电路对称〕
Rp
Rp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。
a. 直流通路
ui1=0
ui2=0
b. 静态工作点
UBE1= 0.7V I1>>IB1 I1 ≈ I2 ≈ EC/(RB1+ RB2) UB=RB1 I1= RB1 EC/(RB1+ RB2) IE1 ≈ (EE+ UB)/2RE IB1= IE / (1+β1) IC1=β1IB1 U = (E +E )- I R - 2I R
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
xi 输入
xi′ ×
xf
调节机构
压力感受器 颈动脉窦
xo血压
第三章 生物医学常用放大器
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
ui
A
加反馈前
uo
加反响后
u
' i
ui
+
A
–
uf
F
uo
改善
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。
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。
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
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、
1、电压串联负反响
+UCC
RB1
C1 ＋
3.电压并联负反响
+UCC
if
＋
RF
ui Rs C1 A ib
Rc
-
C2
ic
RE
ii＝ 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
1.降低放大倍数
+
ui –
u’i 基本放大
电路A
uo
uf 反馈回电
.
路F
A
Xo
.
——开环放大倍数
Xd
.
F
X
.
f
——反响系数