第6章 医学仪器常用放大电路

4. 展宽通频带
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2. 改善波形失真和抑制干扰 ui
Ao
uo
小 大
略小
ui ud
Xi

+
–


Xd Xf

A
Xo
uo

略小
F
略小
从本质上说：负反馈是利用失真了的输入波形来减小 输出波形的失真，但不能完全消除失真
3. 对放大电路输入电阻的影响
(1) 串联反馈使电路的输入电阻增加 ①无负反馈时
ri U be Ib
判断图中RE1、RE2的负反馈作用。
+UCC RB1 C1 RC
C2
ube
ui
RB2 RE1 RE2
ie
CE
uo
RE1：交直流电流串联负反馈。
RE2： 直流电流串联负反馈。 返回
三、负反馈对放大电路性能的影响
1. 降低放大倍数但提高了放大倍数的稳定性 2. 改善波形失真和抑制干扰 3. 改变输入电阻和输出电阻
(四)电流并联负反馈
Rf:是反馈元件
瞬时极性法:
(1)设:Ui对地瞬时极性为正 (2)过程分析
Ib1= Ii – If
(3)结论:
负反馈---并联(输入端) ---电流(输出端)
总结：负反馈判别步骤
① 找出反馈网络（电阻、电容或半导体器件 等元件构成）。 ②判别是交流反馈还是直流反馈？ ③ 是否为负反馈？判别反馈的类型。
四、差动放大器的输入输出方式 双端输入:从两个输入端同时输入
单端输入:从一个输入端输入
双端输出:从两个晶体管集电极之间取出
单端输出:从一个晶体管的集电极取出
第四节

功率放大电路
前面学过的放大电路（电压放大）多用于多级 放大电路的输入级或中间级，主要用于放大微 弱的电压或电流信号。
•功率放大电路：就是在有较大的电压输出的 同时，又有较大的电流输出。
第六章 医学仪器常用放大电路
本章内容: 6.1 生物电信号的特点 6.2 负反馈放大电路 6.3 直流放大电路 6.4 功率放大电路 6.5 集成运算放大器 6.5 集成运算放大器的应用
学习目标:
1.了解生物信号特点及其放大器的基本要求 2.熟悉直流放大器的特点 3.掌握典型差动放大器特点以及差动放大器对 共模信号与差模信号的放大特性 4.掌握运算放大器理想模型、基本放大电路 5.掌握运算放大器应用电路的分析方法
4）功放管的保护和散热问题
功放管工作在高电压、大电流，所以损 坏的可能性较大 → 放管的集电结上 →
保护 散热
功放电路中，有相当大的功率消耗在功
二、功放电路的工作状态
根据三极管静态工作点的位置不同，放大电路的 工作状态可分为甲类、乙类、甲乙类。 在输入正弦波激励下：
①凡是功率管在一个周期内导通的称为甲类； 前面介绍的小信号放大器就是在这种状态下工作 ②仅在半个周期内导通的称为乙类； ③介于甲类与乙类之间 即大于半个周期小于一个周期内 导通的称为甲乙类； ④小于半个周期内导通的称为丙类。
rof
ro
(1 Ao F )

(2) 电流反馈使电路的输出电阻增加
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第三节 直流放大电路 放大直流信号,只能采用 一、直流放大原理与零点漂移
1.直流放大器将面临两个问题：

级间直接耦合方式
输入电压为零,而输出电压 前级和后级的静态工作点互相影响 缓慢变化的现象.简称零漂 零点漂移问题。前级引起的零点漂移电压， 也称温漂 再被后级放大，最后将掩盖正常的输出。
管子的导通时间越短，管子的功耗越小，效率越高。
二、功放电路的工作状态

它们的集电极电流波形如下图所示：
三、双电源互补对称乙类功率放大电路
由于正负电源和电路结构完全对称，所以静态时输 出端的电压为零，不必采用耦合电容来隔直，因此称为 无输出电容电路（OCL电路）。
双电源互补对称 乙类功率放大器
工作原理：
三、集成功放概述：

集成功放一般包括前置级、驱动级和功率输出级，以及偏置 电路、稳压、过流保护等附属电路。 输出功率从几十毫瓦～几百瓦都有。 有单电源供电、双电源供电。

LM386是集成小功率音频功率放大电路， 广泛应用于收音机和录音机中。
第五节 集成运算放大器
集成电路: 把整个电路的各个元件以及相 互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上， 组成一个不可分的整体。
•电路作用：抑制零点漂移
当静态时，输出电压:uo=UC1-UC2=0
当温度升高时，两边的变化量也相等而互相 抵消了，仍可保证uo=0
差分放大电路的不同组态: 双端输入:从两个输入端同时输入 单端输入:从一个输入端输入 双端输出:从两个晶体管集电极之间取出 单端输出:从一个晶体管的集电极取出

2.信号输入方式
T1、T2为两个特性配对的互补功率管 （NPN型和PNP型） ①当输入ui=0时，T1、T2截止，u0=0。 ②当ui为正半周时,T1导通, T2截止, 工作在射极跟随状态u0=ui, ③当ui为负半周时,T1截止,T2导通, 工作在射极跟随状态u0=ui 。
说明电路工作在推挽状态： 当ui为正时，T1 推（提供）电流给负载； 当ui为负时，T2从负载上拉（挖掘）电流。
四、基本运算放大器
串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路 的输入电阻减小。
二、典型电路举例
(一)电流串联负反馈电路
Re:是反馈元件
瞬时极性法:
(1)设:Ui瞬时极性对地为正 (2)过程分析
Ube= Ui – Uf
(3)结论: 负反馈---串联(输入端) ---电流(输出端)
(二)电压并联负反馈电路
Rf:是反馈元件

②串联负反馈后
rif U be Ib

rif (1 Ao F )ri

(2) 并联反馈使电路的输入电阻减小 ①无负反馈时
ri U be Ib

②并联负反馈后
rif U be Ib

rif
ri
(1 Ao F )
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4. 对放大电路输出电阻的影响
(1) 电压反馈使电路的输出电阻减小
(1)共模输入:基极输入大小相等、极性相同的信号
双端输出电压uo保持为零, 电路没有放大作用,
放大倍数为零。
共模信号:即无用信号, 差动放大电路因温度变化
或电源波动，引起两管集电极电位的变化， 可看成是在输入端施加了等效的共模信号。
差放电路能有效抑制共模信号,在高质量的直 流放大器中第一级常采用此类电路
集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍 数的直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、 测量技术、自动控制等领域。
集成运放电路特点：性能稳定、可靠性高、 寿命长、体积小、重量轻、耗电省。
一、组成
输入端
输入级
中间级 偏置电路
输出级
输出端
输入级： 差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。
中间级： 共发射极放大电路，具有电压放大。 输出级： 射极输出器或互补对称功率放大器，提高 带载能力。 偏置电路：恒流源电路构成，为各级提供稳定、合
第一节
生物电信号的特点
一、生物信号放大
1.生物信号:携带生物信息的信号 电信号---电脉冲(心电、脑电、肌电) 非电信号---（心音、脉搏、呼吸、体温） 2.特点:属于微小信号，信噪比低、处于低频 段、变化较慢甚至近似于直流信号。
3.生物医学信号放大器须具备基本要求： ①高放大倍数 ②高输入阻抗 ③低噪声 ④高共模抑制比
一、功率放大电路的特点
1）大信号工作状态
为输出足够大的功率，功放管的动态工作范围很大，功放 管中的电压、电流信号都是大信号，一般以不超过功放管 的极限参数为限度。这时不再适于微变等效电路的分析方 法，而常采用图解法。
2）非线性失真问题
输出功率越大，电压和电流的幅度就越 大，信号的非线性失真就越严重，如何减小 非线性失真是功放电路的一个重要问题。
一、功率放大电路的特点
3）提高功放的效率、降低功放管的管耗
因功率大，所以考虑效率问题十分重要，否 则，不仅会带来能源的浪费，还会引起功放管的 发热，甚至损坏。 放大电路的效率η：放大电路输出给负载的交 流功率Po与直流电源提供的功率PE 之比， 即： PO

PE
100%
一、功率放大电路的主要特点
i+
u– i– u+
– – + +

+ +
uo
故从式 uO Aud ( u u ) ,可知 (u u ) 0 相当于两输入端之间短路,但又未真正 短路，故称 “虚短” 。 2. i+= i– = 0 （虚断）
运放开环输入电阻 rid
相当于两输入端之间断路，但又未真正断 路，故称 “虚断”。
三、理想运算放大器
在分析运算放大器的电 路时，一般把运算放大器看 成理想元件。
理想化的主要条件： 开环电压增益 差模输入电阻 开环输出电阻 共模抑制比 u– u+ – – + +

+ + uo
Aud rid ro 0 K CMR
工作在线性区的理想运放两个重要结论
1. u+= u（虚短） – 由于 Aud ,而uo是有限值,
104 107
2. 输入失调电压 U IO 使UO= 0，输入端施加的补偿电压 几毫伏 3. 输入失调电流 IIO 1 nA 0.1 A
UO = 0 时，输入级两输入端的静态电流之差。 4.差模输入电阻 r id 开环输出电阻 ro 几百千欧 几兆欧
几十欧 几百欧
5.共模抑制比 KCMR KCMR 20 lg Aud (dB ) > 80 dB Auc
瞬时极性法:
(1)设:Ui瞬时极性对地为正 (2)过程分析
Ib= Ii – If
(3)结论:
负反馈---并联(输入端) ---电压(输出端)
(三)电压串联负反馈
Re:是反馈元件
瞬时极性法:
(1)设:Ui对地瞬时极性为正 (2)过程分析
Ube=Ud= Ui – Uf
(3)结论:
负反馈---串联(输入端) ---电压(输出端)
电路的对称性越好，抑制零漂的能力越强；
(2)差模输入:大小相等、极性相反的输入信号. 两晶体管电流和集电极电位的变化是相反的。 双端输出时，输出电压的变化量是每个管子集 电极电位变化量的两倍。
三、典型差动放大器工作原理 1.静态分析: 2.动态分析:


差模输入 共模输入 共模抑制比：差模电压放大倍数Ad与共模电压放 大倍数Ac的模值之比。记作KCMRR
•反馈框图
Xi

+
–


Xi

'
基本放大 电路Ao
Xo

Xf
反馈回电路 F
•负反馈: 直流负反馈---稳定静态工作点
交流负反馈---改善电路性能 净输入信号：
Xi Xi X f
'


2、 负反馈的类型与判别
（1）电压反馈和电流反馈 依据反馈所采样的信号
短路法:将输出端交流短路(用大电容将输出端短路,使交 流输出电压为零),若交流反馈信号仍存在的,则为电流反馈, 若交流反馈信号不存在,则为电压反馈。 ①电压反馈 电压负反馈具有稳定输出电压、减 小输 出电阻的作用。
2.解决途径:
差动放大电路因其具有特殊的电路结构(对 称性)，能够有效地抑制零点漂移，被广泛应用 于多级直接耦合放大电路的前置级。
二、基本差动放大电路
1.组成: 2个共射放大电路 电路完全对称： 晶体管特性相同， 电路参数均相同。
ui1、u ： 输入电压信号 Uo、uo1、u ：输出电压信号
i2 o2
第二节 负反馈放大电路
教学内容:
一、反馈的基本概念和类型 二、典型电路举例 三、 负反馈对放大电路性能的影响
教学目的与要求:
1、掌握反馈的概念和反馈类型
2、了解负反馈对放大电路性能的影响
一、 反馈的基本概念和类型
1.反馈、负反馈和正反馈的概念 凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流） 的一部分或全部引回到输入端，与输入信号进行叠 加，就称为反馈。 若引回的信号削弱了输入信号，称为负反馈。 若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。
②电流反馈 电流负反馈具有稳定输出电流、 增大输出电阻的作用。
2、负反馈的类型与判别 (2)串联反馈和并联反馈 ①串联反馈 为分析方便,反馈信号用电压形式
在放大器的输入端总是以电压Uf的形式出现,有 Ube=Ud= Ui – Uf
②并联反馈 为分析方便,反馈信号用电流形式
反馈信号在放大器的输入端总是以电流If的形式 出现,有 Ib= Ii – If
适的静态工作点。
反相输入端
运算放大 器的符号
u–
同相输入端
– – + +

+ +
输出端
u+
uo
+15V
Hale Waihona Puke Baidu
LM741运放 外型和管脚
反相输 入端 同相输 入端 8为空脚
7 2
–

+ 6
5
输出端 调零：当 输入信号 为零时， 输出为零。
3 +1 4
10k
-15V
1k
二、主要性能指标
1. 开环差模电压增益 Aud