医用电子仪器.ppt

医用电子仪器2,测量过程可能遇到的问题,1 来自于系统内部（噪声） （1）存在其他生理信号的噪声背景 （2）测量系统（例如放大器）内部元件本身会产生噪声 2 来自于系统外部（干扰） （1）被测信号是微弱信号，测试系统具有较高的灵敏度。灵敏度越高，对干扰也就越敏感，即极易把干扰引入测试系统。 （2）工频干扰几乎落在所有生物电信号的频带范围之内，而50Hz干扰又是普遍存在的。 （3）生物体本身是电的良导体，而且目标大，难以屏蔽并容易受到外部干扰,生物信号测量的基本条件： 抗干扰和低噪声,措施,成本,设计阶段,研制阶段,投产,第一节 人体电子测量中的电磁干扰,干扰的引入 合理接地和屏蔽 其它抑制干扰的措施,一、 干扰的引入,（一）干扰源,干扰源：能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备称为干扰源（有两类）,干扰源主要有： （1）自然界的宇宙射线、太阳辐射、太阳黑子产生的周期电扰动等是一类干扰源； （2）由周围电气、电子设备产生的各种放电现象是另一类干扰源 。,生物信号及干扰源的频率分布,听觉激发电位,感觉激发电位,视觉激发电位,心音图,视网膜电流图,眼震颤电图,眼电图,肌电图,脑电图,心电图,可以看出造成生物电信号提取过程的主要干扰是近场50Hz的干扰源，因为各种生物电信号中大都包含有50Hz的频率成分，而且生物电信号的强度远远小于50Hz的干扰。一般来说，干扰形成的危害的严重程度，主要取决于抑制方法的难易。近场50Hz的干扰源，其抑制方法比能量很高的各种电磁辐射干扰的抑制方法难。,医院中的电磁干扰源,1、电子手术装置及其支持设备：高频电刀，能产生大量到达30V/m场强的电磁干扰 2、X光、MRI和超声设备，包括治疗和诊断 3、伽玛刀、电子加速器、震波碎石机和激光治疗仪器 4、短波、微波治疗仪等透热治疗设备 5、电脑系统、步话机、手机等设备,对电磁干扰敏感的设备或系统,1、生命支持设备，像呼吸机、自动对患者控制微量药液注入流量的输液泵等 2、患者监测设备，如心电图机、脑电图机及其它患者监护设备 3、助听器、含有低功率敏感电子电路，电磁干扰会导致其失效 4、无线医疗监护系统，由于患者是活动的，常有可能带着敏感设备走进产生高电磁干扰的地方 5、核磁共振成像系统 6、植入心脏的设备 7、患者监护系统,美国FDA 报告， 自1973 至1993 年的20 年间， 曾收到疑为因医疗器械受电磁干扰引发的事故报告超过100 件，其中，FDA 认定的事例有： 新生儿呼吸监护仪受调频电台的FM 发射的影响。这种新生儿呼吸监护仪是为新生儿呼吸停止报警而设计的。由于干扰调制波的影响干扰了呼吸的节律，导致报警失灵。 心率/ 氧浓度仪。对已死亡的患者仪器显示100% 的氧饱和度和60 的心率，查其原因是通讯发射机过于靠近氧浓度仪。, 植入心脏起搏器的患者在乘坐救护车急救过程中因救护人员使用双向无线通讯设备而导致起搏失效。 病人监护仪受干扰影响，致使2 位病人因检测不出心律不齐而死亡。 设备的CRT 显示器上出现过度的伪像，医务人员难以判断心率，致使病人无法复苏。 X 线治疗设备因静电（ESD）问题造成显示消失、X 线球管和机架动作失控以及定时钟故障。 使用中的血压监护仪对ICU 病房内的患者监护仪的心率和心电图产生干扰。 放置在氧分析仪上的呼吸频率控制器发生功能失效。 移动电话对婴儿暖箱、输液泵、人工透析机、心脏起搏器和心脏除颤装置产生干扰，医院为此明令禁止在有这类设备的病房内使用手机。,在电子系统之间实现不互相干扰，协调混同工作的原则 即抑制来自外部的干扰和抑制系统本身对外界其它设备产生干扰,电磁兼容设计原则 EMC,定义,1、电磁兼容： 按GB/T 4365/IEC 60050电磁兼容术语 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 按军标GJB 72-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语 “设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。,定义,2、电磁骚扰(EMD:Electromagnetic Disturbance) 电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。,3、电磁干扰（EMI,Electromagnetic Interference） 电磁干扰是指电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能降低。,辐射干扰(Radiated Interference):由任何部件、天线、电缆或连接线辐射的电磁干扰 传导干扰(Conducted Interference):沿着导线传输的电磁干扰,(1)射频电磁场辐射抗扰度 (2)射频场感应的传导干扰抗扰度 (3)静电放电(ESD)抗扰度 (4)快速瞬变脉冲群抗扰度 (5)浪涌抗扰度 (6)电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度 (7)工频磁场抗扰度,EMC测试项目,（二）干扰耦合途径,1.传导耦合 经导线传播将干扰引入测试系统称为传导耦合 2.经公共阻抗耦合 在测试系统内部各单元电路之间、或者两种测试系统之间存在公共阻抗，由电流流经公共阻抗形成压降造成干扰,Rce为公共接地电阻 Rcs为电源内阻及电源线阻抗,3.电场和磁场耦合,场的特性取决于“场源”的性质、场源周围的介质以及观察点与源之间的距离等。 在场源附近： “场源”的性质 在远离场源的地方：场源周围的介质,设为电磁波的波长 能引起干扰的回路称为场源 受干扰的回路称为接受回路,设为电磁波的波长 远场：当距离大于/2（约1/6波长）时，称为远场或辐射场 近场：当距离小于/2（约1/6波长）时，称为近场,设定一个参数 波阻抗：电场强度E和磁场强度H之间的比值称为波阻抗,远场时，空气或自由空间中E/H比值等于介质特性阻抗（E/H=377） 近场时：波阻抗取决于源的特性和从场源到观察点的距离,场源为大电流低电压（E/H377 ）， 则近场为电场（电容性耦合引入）,磁场通过电感性耦合引入干扰，电场通过电容性耦合引入干扰，远场通过电线源、生物电位电极引线引入干扰。,/2,ZC,ZC=377,场的波阻抗描述,近场,远场,主要是电场,主要是磁场,4.近场感应耦合,（1）电容性耦合 在电子系统内部元件和元件之间、导线和导线之间以及导线与元件，导线、元件和结构件之间都存在分布电容。一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其它导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。,场源，接受电路,C为两导线之间的分布电容 C1，C2分别为两导线对地分布电容 R为放大器输入阻抗 U1s为导线1带有的干扰源,等效电路,分布电容对干扰的影响？,在下述两种实际情况下，可将上式简化,（1）,（2）,对敏感电路的影响与干扰源的频率基本无关，而正比于C和C2的电容分压压比，只要C2C，就能抑制干扰。,干扰的大小正比于C、R，且与干扰源频率有关。 可以采用增大两导线之间的距离，尽量避免两导线平行，以减少分布电容C来抑制干扰。,C/(C2+C)U1S,wRCU1S,wm,w,U2S,从抗干扰考虑，减少C是抑制干扰的必要措施。,减小容性干扰的措施,2、采用接地良好的优质屏蔽线 注意：屏蔽层网编织不十分紧密或接地不良，其效果还不如不使用屏蔽线,、从抗干扰考虑,放大器输入阻抗高并不利,增大两导线间距离、尽量避免两导线平行以减小分布电容是必要措施,C2G,CsG,C1s,C2s,C,耦合到导线2的干扰电压为：,当,时，,尽量缩短导线2的信号线伸出屏蔽层的长度，并使屏蔽层可靠接地则C值较小，U2S 可以很小。 如果屏蔽层网编织不十分紧密或接地不良，反而使C增大，增加对敏感电路的干扰。,、在印制电路板内电容耦合最关键的部位是处在前置级的第一个运放。因此在印制板布线时，应在运放的两输入管脚处，布一圈地线，破坏电容性耦合以达到屏蔽的目的,(2)电感性耦合,干扰源： 干扰电流产生的磁通随时间变化而变化，而变化的磁通在闭合回路中产生干扰电压 产生原因： 在系统内部：线圈或变压器的漏磁 在系统外部：多数是由于两根导线在长 距离平行架设中形成,当一个电路里的电流产生的磁通穿过另一个电路时，这两个电路之间就存在着一个互感M12 ，若这两个电路的形状及相对位置固定不变，而磁通随时间作正弦变化时，则感应电压为：,A为闭合回路所包围的面积（m2 ）； B为正弦变化磁通密度的均方根值（Wb/m2 ）; 为角频率（rad/s）; 为B与面积A 法线的夹角。,用互感形式表示，则：,减小电感性耦合的措施,远离干扰源，削弱干扰源的影响 采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积所引起的感应电压大体相等，但由于相邻绞合结的方向相反，使局部的感应电压相互抵消 尽量减小耦合通路，即减小面积A和cos值,Cd1为50Hz220V馈电线之间的分布电容，Cd2 为人体与大地之间分布电容，通常Cd2 Cd1,人体耦合50Hz工频干扰,人体随时携带 50Hz干扰电压，并将完全淹没生物电信号。生物电信号测量，都要对50Hz干扰作单独的处理。,5.生物电测量中电场的电容性耦合,生物电测量中电场的容性耦合 导联线形成容性耦合分析 人体表面形成容性耦合分析,C1，C2为各导联线与电源馈电线之间分布电容 Z1，Z2为电极-皮肤接触阻抗 ZG为右腿通过ZG接地,a 导联线形成容性耦合,返回,标准导联线与电源馈电线之间的容性耦合。 放大器的阻抗约为10兆欧姆，Z1和Z2约为几千欧姆到几百欧姆，所以Id1和Id2不会流入放大器，而是经过电极与皮肤的电阻阻抗Z1和Z2进入人体。,当导联条件完全对称时即（Z1=Z2，C1=C2 ），则位移电流形成的电流互相抵消。不形成干扰。但是，实际上总存在不平衡。,b 人体表面形成容性耦合分析,返回,取Id=0.2A，在标准肢体导联的心电信号上，将叠加两臂之间的位移（人体手指到肩的电阻为400欧姆）电流造成的电压为：0.2A4002160V。相当于心电信号的16。 缩短两个电极之间的距离，减小体电阻，可以降低位移电流形成的干扰电压。 除了尽量使人体远离干扰源或对人体采用昂贵的屏蔽措施外没有其他的方法。,6 生物电测量中磁场的感性耦合,体表心电测量时感性耦合形成干扰，在人体和测试系统输入回路构成环路时，将在环路中感应出干扰电压，其幅值为 。,完全消除系统中存在的干扰是相当困难的，很难找到确定的干扰源和引入途径。在系统设计时，首先应严格遵守电磁兼容性设计原则，尽可能周全地考虑各种抗干扰的设计方案。,二、抗干扰措施,（一）合理接地与屏蔽 （二）其他抑制干扰的措施 (1)隔离 (2)去耦 (3)滤波 (4)系统内部干扰的抑制,当接地与屏蔽合理结合使用，可以解决大部分干扰问题。,合理接地与屏蔽,（一）合理接地,接地线分为两类：一类是安全接地，称为保护接地；一类是工作接地，即对信号电压设立基准电位。保护地线必须是大地电位，而工作地线的设计可以是大地电位，也可以不是大地电位。,接地设计应考虑到：所有导线都有一定的阻抗，高频时导线地表面呈现一定电抗，其值甚至超过导线电阻；两个分开的接地点不是等电位；交流电源的地线不能用作信号的地线。,1、工作接地,工作接地方式有两种：一点接地和多点接地。,单点接地,对于低频电路串联形式并不合理，但是由于简单、方便、在电路电平相差不多时仍可使用。低频电路最适用的是并联形式。并联形式的一点接地，由于各电路之间形成耦合而不适用于高频。,多点接地,多点接地，电路中所用的地线分别连到最近的低阻抗地线排上，地线排一般用大面积的镀银铜皮。高速逻辑电路中，分布在印刷电路板上的地线，以及板与板之间的地线应采用多点接地方式。,原则 1MHz以下采用一点接地 10MHz以上采用多点接地,接地设计原则,生物信号的提取及预处理过程，从通过传感器拾取生物信号，到放大、处理、记录或显示，是典型的低频测量系统。其接地设计是采用串联并联综合方式，即在符合干扰标准和简单易行的条件下，统筹兼顾,作为系统，应首先区分低电平电路和高电平电路以及功率相差很多、干扰电平相差很大的电路，其地线均应分别接地。即系统中至少要有三个分开的地线：低电平信号地线；功率地线，包括继电器、电动机、大电流驱动电源等大功率电路及干扰源的地，又称为干扰地；机壳地线，包括机架、箱体，又称为金属件地线，此地线与交流电源零线相接。三套地线分别自成系统，最后汇集于接地母线。,数字地和模拟地也应分开各自联接后再接地,优点： 1. 避免了大功率、大电流、高电压电路通过地线回路对小信号回路的影响。 2. 避免了输入敏感回路的屏蔽罩、机壳作为屏蔽体而吸收的干扰信号对信号回路的影响。 3. 三组地线的接地方法、脉络清晰、便于装配和检查。,2.敏感回路接地设计,对干扰最敏感的回路是输入回路 输入回路以及用屏蔽电缆或者屏蔽盒的接地设计对系统的抗干扰能力起重要作用。 使用屏蔽线，屏蔽层一点接地。,R1，R2为导联线电阻，Rin为放大器的输入阻抗 RG，UG为两地之间电阻及电位差,输入回路两点接地形成干扰,解决方法：源-地之间高阻抗消除干扰,ZSG为一较大数值,（二）屏蔽效果,所谓屏蔽，泛指在两个空间区域加以金属隔离，用以控制从一个区域到另个区域电场或磁场的传播。 主动屏蔽 被动屏蔽,主动屏蔽：用屏蔽体把干扰源包围起来，使电磁场不向外扩散。 被动屏蔽：屏蔽体用以防止外界电磁辐射。,主动屏蔽,被动屏蔽,综合屏蔽,人体电子测量中的电磁干扰,脑电测量示意图，人体、电极连接箱及转换器置于屏蔽室内，信号放大、处理、记录、电源等放置在屏蔽室外。 这样在脑电信号提取过程中，可免受外界干扰源的干扰（包括脑电图机本身所用的电源造成的工频干扰）。,屏蔽效果,通常所用的金属板、金属网作为屏蔽体的屏蔽效果用屏蔽后场强被衰减的程度来描述。,屏蔽原理,电磁波入射到金属表面时所产生的损耗 反射损耗 吸收损耗 一种材料的总屏蔽效果等于吸收损耗、反射损耗以及有关在薄层屏蔽体上多次反射的修正的总和,吸收损耗：电磁波通过介质时，其幅度以指数方式衰减。 原因是：由于介质中感应的电流造成欧姆损耗，变为热能而耗散.,吸收损耗：,反射损耗,取决于介质的阻抗特性和场的具体形式。,介质1（Z1）,介质2 (Z2),金属屏蔽体,以波阻抗ZW替代Z1，屏蔽阻抗ZS替代Z2，以R表示场的反射损耗,屏蔽阻抗越低，反射损耗越大。为增强屏蔽效果，可选用高电导率和低磁导率的材料。,远场平面波时,人体电子测量中的电磁干扰,铜、铝、钢三种材料的反射损耗曲线：,钢虽然比铜的吸收损耗大，但反射损耗却较小。,低频近场电场中反射损耗是构成屏蔽作用的主要因素。 低频近场磁场主要是吸收损耗 应采用磁性材料，以增加吸收损耗。 低频电场下，主要屏蔽因素是反射，这时采用磁性材料作屏蔽体，将降低屏蔽作用（屏蔽阻抗变高） 所以应根据干扰源性质，选择屏蔽材料。,选择屏蔽体材料的原则,屏蔽电场或远场的平面波（辐射场）时，宜选择铜、铝、钢等高电导率材料加强反射损耗（降低屏蔽阻抗） 低频磁场的屏蔽，宜选玻莫合金、锰合金、磁钢、铁等高导磁率材料 加强吸收损耗,有缝隙的屏蔽体,屏蔽体上的开口和缝隙会影响屏蔽体对于干扰场感应电流的流动而降低屏蔽效果 总的屏蔽效果可能取决于缝隙和孔洞，而不是材料本身。因此，对于屏蔽体形成缝隙的地方应保证紧密接触 一组小孔,三、其他抑制干扰的措施,1、隔离 使两部分电路相互独立，不 构成回路，从而切断从一个回路到另一个回路的通路。,2、去耦,3、滤波,高通、低通、带通、带阻 硬件滤波与软件滤波,4、系统内部干扰的抑制*,干扰源：电路中的感性负载在瞬变过程中形成很大的感性冲击电压。,抑制方法：为电感性负载提供另外一个吸收回路，释放它所储存的电磁能。,医学诊疗设备内部的各种继电器、接触器、电动机等有接点的开启和闭合，产生瞬时击穿，造成高频辐射和引起电源电压、电流的冲击，如不加以抑制，则形成系统内部的严重的干扰，并成为外部设备的干扰源。,吸收电路的作用： 1、防止电感性负载在瞬变过程中产生的高频辐射或电压电流冲击，对外部电路构成的干扰。 2、保护开关元件，防止被高压击穿或烧坏接点。,红： 1 黑： 2,I0,时间常数为=L/R,U=I*R,U,耗 能 电 路 或 吸 收 电 路,吸收电路的构成原则：,1、稳态时，吸收电路尽量不消耗能量。 2、瞬态时要有一定的电阻，因为电路的时间常数为=L/R.,耗散电磁能实例：,小结,一、干扰和噪声定义 二、干扰的耦合途径* 三、干扰的作用方式 四、干扰的抑制措施*,第二节 测试系统的噪声,本节所讨论的噪声仅限于测量系统内部固有的自然扰动这一类噪声。,1. 噪声是电路内部固有的，是测量精度的限制性因素。,2. 虽然噪声不可能被消除，但进行合理的低噪声电路设计，可以使噪声降到最低限度。,主要内容： 一、噪声基本特性 二、掌握主要噪声的产生机理及在各种器件中的分布情况 三、等效输入噪声参数的计算和测量 四、多级放大器的噪声设计原则（定性掌握，不要求推导）,噪声:测试系统内部由器件、材料、部件的物理因素产生的自然扰动（电压或电流）,噪声的一些基本特性： 噪声是电路内固有的，不能用接地或屏蔽等方式消除 内部噪声成为测量精度的限制性因素 各种生物电放大器输入端短路噪声限制了放大器能够检测的最小生物电信号,一、噪声的一般性质 噪声电压或噪声电流是随机的，噪声的随机过程不可能用一个确定的时间函数来描述，不能准确地预测未来某时刻的噪声电压的幅度或波形。但是它服从于一定的统计规律，能通过表示噪声过程的概率密度P（u)而得知噪声电压落在某一范围内的概率。,随机噪声为一平稳随机过程，在生物医学电子学中，最常遇到的噪声源是热噪声和散粒噪声，其噪声电压u(t)（或噪声电流）的概率密度服从高斯（正态）分布。,噪声大小是用噪声电压（电流）的均方根值表示，而噪声波形并不是正弦波，是由大量尖脉冲组成，噪声电压均方根值是峰值的0.798倍。,噪声服从一定的统计规律，无法用频谱描述，而用功率谱表示它的频域特性。噪声电压（或噪声电流）的均方值是它在一欧姆电阻上产生的平均功率。此功率是各频率分量功率之和 S（f)为功率谱密度，它表示单位频带内噪声功率随频率的变化。噪声功率谱密度曲线所覆盖的面积在数值上等于噪声的总功率。,噪声的分类,白噪声： 为常数,粉红噪声： 随频率升高而减小,蓝噪声： 随频率升高而增大,等于噪声电压均方值/电阻 等于噪声电流均方值*电阻,白噪声,（1/f)噪声,蓝噪声,噪声的基本特性可以用统计平均量来描述，均方值表示噪声的强度，概率密度表示噪声在幅度域里的分布密度，功率谱密度表示噪声在频域里的特性。,当两种噪声作用于系统时,C为相关系数，表示两种噪声的相关程度,当C等于0时，两噪声源为完全不相关； 当C等于1时，完全相关； 当C 等于-1时，两相关噪声相减； C的数值是不易确定的，实际上常假设为0。,二、生物医学测量系统中的主要噪声类型,(一）1/f噪声（低频噪声）(Low Frequency Noise) 定义及特性：1f噪声功率谱密度服从1f规律，f为频率，是取值范围为0.8-1.3的常数，通常取1。这种噪声，其噪声电压随频率的降低而增加。,由f1-f2带宽内噪声的平均功率得到相应此频段内噪声电压均方值为,举例：P46例,产生机理： 凡两种材料之间不完全接触，形成起伏的导电率便产生1/f噪声。它发生在两个导体连接的地方，如开关、继电器或晶体管、二极管的不良接触，以及电流流过合成碳质电阻的不连续介质等。各有源器件在制作工艺过程中，材料表面特性及半导体器件中结点中的缺陷等，是1/f 噪声的主要成因。,特点： 集成运算放大器件，由于设计上的限制，1/f噪声常常远高于分立元件。不仅晶体管、运放器件和电阻中存在1/f噪声，而且在热敏电阻、光源中也有。,减小低频噪声措施,1、在噪声性能要求高的放大器中尽量使用分立元件 2、尽量使用金属膜电阻而不使用碳膜、水泥等有不连续介质的电阻,(二)热噪声(Heat Noise) 热噪声是由导体中载流子的随机热运动引起的。任何处于绝对零度以上的导体中，电子都在作随机热运动。,电阻R中的热噪声电压均方值Ut2为 其中k为波尔兹曼常数：1.3810-23JK；T为绝对温度（K）；f为测量系统的频带宽度(Hz）。,热噪声的谱密度S(f)为 S(f)=4kTR 可见热噪声的谱密度与工作频率f无关，属于白噪声。,热噪声特性： 热噪声电压均方值与绝对温度T成正比，温度越高，导体内自由电子的热运动越激烈，噪声电压就越高，温度降低，可以消弱热噪声。热噪声电压还与工作频带成正比，与电阻阻值成正比。,减小热噪声的措施,1、在微弱信号检测的低噪声电子设备中，常利用超低温技术来减小噪声。 2、在保证信号不失真传递的条件下，应尽量减小系统的频带。 3、提取信号的传感器电阻应尽可能小，避免增加额外的串联电阻。,（三）散粒噪声（Shot Noise） 在半导体器件中，载流子产生与消失的随机性，使得流动着的载流子数目发生波动，时多时少，由此而引起电流瞬时涨落称为散粒噪声。散粒噪声电流的均方值为 其中q为电子电荷,q=1.5910-19C；IDC为器件的平均直流电流（A）；f为测量系统的频带宽度。,散粒噪声特性：,散粒噪声属于白噪声，其谱密度为2qIDC。散粒噪声与流过半导体PN结位垒的电流有关，所以三极管、二极管中，都存在散粒噪声的电流噪声机构。在简单的导体中没有位垒，因此没有散粒噪声。,三：描述放大器噪声性能的参数,解决如何定量评价一个放大器 噪声性能的好坏？,等效噪声定义：,放大器内部的所有噪声源（包括外围电路），用与放大器输入端串联的阻抗为零的噪声电压源Un和与放大器输入端并联的阻抗为无穷大的噪声电流源In以及二者的相关系数C来等效，而放大器（或任何二端网络）本身便可视为无噪声的。,（一）Un，In参数,Un 意义,用于表示放大器能够测量的最小生物电信号的大小，作为放大器设计的性能指标参数,组成放大器的每个元件都是可能的噪声电压源或噪声电流源。通常把放大器的噪声等效到输入端。,Uno由三部分组成,（Un，In不相关）,放大器对信号Us的电压增益A为,放大器的等效输入噪声Uni,适用于任何有源器件的系统,（二）噪声系数,定义：放大器总的输出噪声功率和源电阻在放大器输出端产生的热噪声功率的比值,意义：表示信号经放大器后，信号质量（即信噪比）恶化程度的度量,理想状态下，放大器在源热噪声的基础上不再增加噪声，即放大器本身无噪声，这时F=1或NF=0。实际上总是NF0dB。低噪声设计的目的是使NF值尽可能小。,噪声系数与Un、In关系,由 ，可得的最小值对应的为： Rso称为最佳源电阻 将so代入得：,可得到F的最小值对应Rs为,Rso称为最佳源电阻。意义：当信号源电阻等于最佳源电阻时，可以获得最小噪声系数。 调整源电阻使噪声系数最小，称为电路的噪声匹配。,输出信噪比：,最大的输出信噪比发生在Rs=0处。所以，最小的噪声系数并不一定有最大的输出信噪比或最小噪声。,Uni,Uni,InRs,Rso,Un,Uns,Rs,噪声系数的价值是用于比较放大器的噪声，它并不适于作为放大器低噪声设计的依据。,例2-2 已知某晶体管NF=6dB，问输出信噪比将比输入信噪比减少多少？,例2-3 某放大器噪声系数为6dB，其通频带为10kHz，若要求输出信噪比为10，则此放大器的输入信号功率最小是多少？,（三）多级放大器的噪声,多级放大器用噪声系数表示。,两级放大后总输出噪声功率Pno由三部分构成,信号源内阻热噪声经过两级放大后为 第一级内部噪声经过第二级放大后输出 第二级本身的噪声为,总噪声功率输出为：,多级放大器总噪声系数:,第一级放大器的噪声系数对总噪声系数的贡献最大，努力降低第一级噪声是实现低噪声设计的原则。,器件的噪声,一、电阻的噪声,电路中的电阻元件R，可等效成一个无噪声电阻R和一个噪声电压源 相串联，或无噪声电阻R噪声电流源 相并联。,结论,1、电阻中都存在热噪声，只要R、T相同则热噪声就相同 2、合成碳质电阻器1/f噪声最大，金属膜和线绕电阻1/f噪声较小。,（二）电容器的噪声,1. 电容器的漏电，等效并联电阻Rp，成为热噪声源,2. 1/f噪声,损耗角,云母，瓷片电容。铝电解电容。 生物电信号提取电路的大容量电容应选择钽电容。,（三）耦合变压器的噪声效应,在外磁场的作用下，变压器的磁性材料磁化的不连续性，呈现出磁起伏噪声，并还可能把