生物医学常用放大器课件

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，才能为医学研究和临床诊断提供可靠的客观依据。本章在前面放大电路基本原理的基础上，首先介绍生物电信号特点、频谱及常用的几种滤波电路，然后重点讨论负反馈放大器、直流放大器的工作原理及特点，最后简述功率放大器。基本内容：

1、生物医学信号的特点及其频谱

2、负反馈放大器

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，肌肉在进行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，它以数十千赫交流电通过人体的一定部位，获得阻抗或导纳变化的波形图；又如超声波诊断仪器，它向人体发射脉冲式的超声波，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获取的生物信号。——辅助产生一、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、生物医学放大器的基本要求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第二节负反馈放大器一、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，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。取+加强输入信号正反馈用于振荡器取-削弱输入信号负反馈用于放大器负反馈的作用：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。反馈框图：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、负反馈的基本类型（一）电压反馈和电流反馈1、电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。判断：设输出电压为零（输出端短路），反馈信号也为零。2、电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。判断：设输出电压为零（输出端短路），反馈信号不为零。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。1、串联反馈：反馈信号与输入信号串联（反馈电压信号与输入信号电压比较）（二）串联反馈和并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈使电路的输入电阻增大。iifibib=i-if2、并联反馈：反馈信号与输入信号并联，(即反馈信号电流与输入信号电流比较。)并联反馈使电路的输入电阻减小。（三）正、负反馈的判断采用瞬时极性法判断，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，然后按照放大器的组态逐极判断出各个相关点的极性，直至输出信号的极性，然后判断反馈信号的极性，确定是正反馈还是负反馈。（四）四种形式的负反馈放大电路

关于负反馈的方式来看：当反馈信号取自输出电压的时，称电压负反馈；当反馈信号取自输出电流时，称电流负反馈。从反馈信号与输入信号的连接方式来看：当反馈信号与输入信号是串联在一起控制输入信号电压大小的，称为串联负反馈；与输入信号是并联在一起控制输入信号电流大小的，称为并联负反馈。归纳起来，负反馈共有四种方式，即电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。1、电压串联负反馈+UCCC1RB1REC2RB2ubeufui在输入回路中，Re上的反馈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减少，所以是负反馈。＋＋(1)有无反馈

反馈元件:Re

xf=uRe=uo

xf=uo

电压反馈(全反馈)(2)是何种反馈

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

负反馈

xi′=ubexi=uixf=uRe

设

ui

上+→ib上+→uRe

上+，ube=ui-uRe

是负反馈C1RbC2+ECuiuoReRL输入端:xi、xi′、xf

在一个回路,串联反馈电压串联负反馈（4）稳定uo过程

设ui

不变uo↑

uo↑→uRe↑→ube↓=ui-uRe→ib↓→ic↓（3）是串联反馈还是并联反馈uo(↓)2.电流串联负反馈+UCCRCC2C1RB1RERB2ubeufuiube=ui-uf

＋＋在输入回路中，Re上的反馈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减少，所以是负反馈。+UCCC1RFREC2Rc＋-3.电压并联负反馈uiRsibificAii＝if+ib

if与ii

是并联关系

4.电流并联负反馈三、负反馈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——反馈系数——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称为反馈深度2.提高放大倍数的稳定性如果反馈深度很深，则有1+AF>>1,所以：所以对于深度负反馈，放大倍数的稳定性大大提高。3.改善波形失真Auiuo加反馈前加反馈后ufuiAF+–改善uo注意：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。而在加入负反馈后，排除了放大倍数与放大器中与频率有关因素的影响。这样可以使负反馈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)串联负反馈使电路的输入电阻增加：(2)并联负反馈使电路的输入电阻减小：(3)电压负反馈使电路的输出电阻减小：(4)电流负反馈使电路的输出电阻增加：动物血压调节系统

×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

:

用于设置合适的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有时会将信号淹没+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2二、差分放大器(differentialamplifier)1.预备知识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、极性相同。（噪声和干扰信号）。2.电路结构

T1和T2参数相同，具有相同的温度特性和静态工作点，电路具有对称的结构。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.理想情况下，两路的共模信号电压相同，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：因为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。mn

RE对差模信号无电流负反馈作用，只对共模信号有电流负反馈作用，如当温度变化引起一系列反馈过程如下：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馈的作用，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，使电路获得合适的静态工作点。（1）直流分析（电路对称）Rp

Rp为调零电位器，来调节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=IE1/(1+β1)IC1=β1IB1UCE1=(EC+EE)-Ic1RC1-2IE1RE1

a.直流通路

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

＝-βRc/{[[RB1+(RB2//rbe)]}同理Ad2=Ad1双端输出电压为uo=uo1-uo2=Ad1ui1-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)}双端输出电阻ro＝2RC共模抑制比（commonmoderatio，KCMRR）KCMRR＝Ad/Ac共模抑制比越大说明电路抑制零漂的性能越好。如果电路完全对称Ac＝0，KCMRR＝∞。分贝dB(decibel)

表示

KCMRR=20lg∣Ad/Ac∣(dB)

例:如果KCMRR=1000KCMRR=20lg1000=60dB

⑵带恒流源的差动放大器+ECuoRC1RB1T1RS1RC2RB2T2RS2ui1ui2RER3EER2T3R1a.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，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用四、差分放大器几种接法双端单端输入端接法双端单端输出端接法历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯的变化资料精品课件欢迎使用[自读教材·填要点]一、铁路，更多的铁路1．地位铁路是

建设的重点，便于国计民生，成为国民经济发展的动脉。2．出现1881年，中国自建的第一条铁路——唐山

至胥各庄铁路建成通车。1888年，宫廷专用铁路落成。交通运输开平

3．发展(1)原因：①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的

。②修路成为中国人

的强烈愿望。(2)成果：1909年

建成通车；民国以后，各条商路修筑权收归国有。4．制约因素政潮迭起，军阀混战，社会经济凋敝，铁路建设始终未入正轨。修筑权救亡图存京张铁路

二、水运与航空1．水运(1)1872年,

正式成立，标志着中国新式航运业的诞生。(2)1900年前后，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是在列强排挤中艰难求生。2．航空(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始研制

。(2)发展：1918年，北洋政府在交通部下设“

”；此后十年间，航空事业获得较快发展。轮船招商局水上飞机筹办航空事宜处三、从驿传到邮政1．邮政(1)初办邮政：1896年成立“大清邮政局”，此后又设

，邮传正式脱离海关。(2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站；1920年，中国首次参加

。邮传部万国邮联大会2．电讯(1)开端：1877年，福建巡抚在

架设第一条电报线，成为中国自办电报的开端。(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变化。3．交通通讯变化的影响(1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和

，

转变了人们的思想观念。(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便捷。(3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活

。台湾出行方式多姿多彩[合作探究·提认知]

电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家，从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。

提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车，近代的小火轮、火车同时使用)。

原因：近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困，阻碍社会发展；西方工业文明的冲击与示范；中国民族工业的兴起与发展；政府及各阶层人士的提倡与推动。[串点成面·握全局]

一、近代交通业发展的原因、特点及影响1．原因(1)先进的中国人为救国救民，积极兴办近代交通业，促进中国社会发展。(2)列强侵华的需要。为扩大在华利益，加强控制、镇压中国人民的反抗，控制和操纵中国交通建设。(3)工业革命的成果传入中国，为近代交通业的发展提供了物质条件。2．特点(1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和航空都获得了一定程度的发展。(2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。(3)地域之间的发展不平衡。3．影响(1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式，一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的联系，丰富了人们的生活。(2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。1．李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立之势”。这说明该企业的创办 (

)A．打破了外商对中国航运业的垄断B．阻止了外国对中国的经济侵略C．标志着中国近代化的起步D．使李鸿章转变为民族资本家解析：李鸿章是地主阶级的代表，并未转化为民族资本家；洋务运动标志着中国近代化的开端，但不是具体以某个企业的创办为标志；洋务运动中民用企业的创办在一定程度上抵制了列强的经济侵略，但是并未能阻止其侵略。故B、C、D三项表述都有错误。答案：A二、近代以来交通、通讯工具的进步对人们社会生活的影响(1)交通工具和交通事业的发展，不仅推动各地经济文化交流和发展，而且也促进信息的传播，开阔人们的视野，加快生活的节奏，对人们的社会生活产生了深刻影响。(2)通讯工具的变迁和电讯事业的发展，使信息的传递变得快捷简便，深刻地改变着人们的思想观念，影响着人们的社会生活。2．清朝黄遵宪曾作诗曰：“钟声一及时，顷刻不少留。虽有万钧柁，动如绕指柔。”这是在描写 (

)A．电话B．汽车C．电报 D．火车解析：从“万钧柁”“动如绕指柔”可推断为火车。答案：D[典题例析][例1]

上海世博会曾吸引了大批海内外人士利用各种交通工具前往参观。然而在19世纪七十年代，江苏沿江居民到上海，最有可能乘坐的交通工具是 (

)A．江南制造总局的汽车B．洋人发明的火车C．轮船招商局的轮船D．福州船政局的军舰[解析]由材料信息“19世纪七十年代，由江苏沿江居民到上海”可判断最有可能是轮船招商局的轮船。[答案]

C[题组冲关]1．中国近代史上首次打破列强垄断局面的交通行业是(

)A．公路运输 B．铁路运输C．轮船运输 D．航空运输解析：根据所学1872年李鸿章创办轮船招商局，这是洋务运动中由军工企业转向兼办民用企业、由官办转向官督商办的第一个企业。具有打破外轮垄断中国航运业的积极意义，这在一定程度上保护了中国的权利。据此本题选C项。答案：C2.右图是1909年《民呼日报》上登载的一幅漫画，其要表达的主题是(

)A．帝国主义掠夺中国铁路权益B．西方国家学习中国文化C．西方列强掀起瓜分中国狂潮D．西方八国组成联军侵略中国解析：从图片中可以了解到各国举的灯笼是火车形状，20世纪初的这一幅漫画正反映了帝国主义掠夺中国铁路权益。B项说法错误，C项不能反映漫画的主题，D项时间上不一致。答案：A[典题例析][例2]

(2010·福建高考)上海是近代中国茶叶的一个外销中心。1884年，福建茶叶市场出现了茶叶收购价格与上海出口价格同步变动的现象。与这一现象直接相关的近代事业是(

)A．电报业 B．大众报业C．铁路交通业 D．轮船航运业[解析]材料主要反映了信息交流的快捷，故选A。[答案]

A[题组冲关]