醫(yī)用電子學重點

1、2011級2班生物醫(yī)學電子學復習思考題1.用框圖表示生物醫(yī)學測量系統的基本構成？傳感器： 非電量到電量的變換； 信號調理電路：阻抗變換，放大，濾除噪聲，抗混頻,動態(tài)范圍匹配; A/D轉換：完成模擬數字的轉換；微處理器：信號處理，系統控制；D/A轉換：完成數字模擬的轉換。2.生物醫(yī)學測量的基本特點是什么？ 與其它測量系統相比，生物醫(yī)學測量有以下特點： 1.從測量值范圍上，測量的生理參數的幅值和頻率范圍都是比較低的。 2. 從測量對象上，由于測量對象是人，有生命的。被測量是動態(tài)的。 3.許多被測生理量的很難接近。 4.被測量是很少是確定的，測量結果是隨機的。生理數據的時間變異性和個體差異性。 5.

2、生理系統間存在相互的相用，系統間相互聯系缺乏了解。 6.傳感器對被測生理量的影響3. 簡述生物電和人工電的區(qū)別？ 生物電：載流子是電解質中的離子，電流存在于細胞膜內外（部分絕緣）人工電：載流子是導體中的電子，電流存在于導體中（絕緣）4. 影響導聯電壓的因素是什么？導聯電壓：兩體表電極之間測量的電壓。 理解這個公式 p 源：心向量Hp 幾何：導聯位置與心向量之間的相對位置p 組織電特性：電導率分布5. 12導聯是怎么構成的？ 構成：（1）三個標準導聯I,II,III。I導聯是RA(-)(Right Arm（右手負極）至LA(+)(Left Arm)（左手正極），II導聯是RA(-)至LF(+)(

3、Left Foot)（左腳正極），III導聯是LA(-)至LF(+)。 （2)V1-V6，6個胸導聯。（3）.aVR、aVL、aVF，3個增強導聯。aVR導聯是RA(+)至LA & LF(-)， aVL導聯是LA(+)至RA & LF(-)，aVF導聯是LF(+)至RA & LA(-)。6. 噪聲和干擾的區(qū)別是什么？噪聲是被測對象和儀器內部固有的，而干擾則是測對象和儀器以外的原因造成的。 噪聲是在電路中除了期望的信號之外的任何其它信號。干擾是噪聲的不期望的效果。如果一個噪聲電壓造成電路的不合適工作，這是干擾。噪聲不可能被消除，但是在幅度上可以減少，直到它不產生干擾（所以

4、，干擾是可以消除的） 7. 什么是白噪聲？（P8） 由于熱噪聲的功率頻譜密度為P=4kTR，所以電阻及晶體管的熱噪聲功率頻譜密度是一個與頻率無關的常數，也就是說，在一個極寬的頻帶上，熱噪聲具有均勻的功率譜，這種噪聲通常稱為“白噪聲”8. 根據噪聲產生的機理,半導體中噪聲源主要有那幾種形式？ 分配噪聲，散粒噪聲，1/f噪聲9. 什么是熱噪聲？ 熱噪聲屬于白噪音(white noise)，由元器件中電子或電荷受熱激發(fā)所產生的噪音信號。由于荷電粒子受激的隨機性和周期性，因而會導致電荷的不均一，進而使讀出的信號發(fā)生波動。只有 在絕對零度時，該噪音才會消失。10. 影響電阻中熱噪聲的因素有那些？用什么途

5、徑可以降低電路中的熱噪聲？電阻的工作溫度，電阻阻值，通過電阻的信號帶寬。途徑：降低電路的工作溫度，減小電阻阻值，限制電路是帶寬11. 什么是散粒噪聲？影響散粒噪聲的因素有那些？（P9） 在晶體管中，電流是由無數載流子（空穴或電子）的遷移形成的，但是各個載流子的遷移速度不會相同，致使在單位時間內通過PN結空間電荷區(qū)的載流子數目有起伏，因而引起通過PN結的電流在某一電平上有一微小的起伏，這種起伏就是所謂的散粒噪聲。影響因素：流過PN結的直流電流12. 什么是噪聲系數？一個系統的噪聲系數意義是什么？（P9） 線性網絡輸入端的信號噪聲功率比（Si/Ni）與輸出端信號噪聲功率比（So/No）之比值被定義

6、為噪聲系數NF NF=（Si/Ni）/（So/No） 意義：用來衡量網絡內部噪聲的大小13. 什么是電極? 舉出電極生物醫(yī)學中的三個應用 電極一般是指與電解質溶液發(fā)生氧化還原反應的位置 舉例心電電極、腦電電極等 應用：檢測腦電圖，心電圖，肌電圖14. 什么是半電池電位？半電池電位在生物電測量時是一個被測量嗎？一般生物電測量時怎么處理它的？（P272）基于電極與其周圍環(huán)境電解質間形成的特定電勢差，大小取決于電極金屬特性、溶液中離子濃度、溫度。不是一個被測量。對于某種金屬與電解質溶液來說，是一個完全確定的值。在測量時，一般將半電池電位作為已知量。15. 極化電極和非極化電極界面流過的電流有什么不同

7、？各舉出一個接近極化電極和非極化電極的實際電極例子。 極化電極界面流過的電流是位移電流；非極化電極界面流過的電流是傳導電流，電荷在界面遷躍。（位移電流不是電荷作定向運動的電流，但它引起的變化電場，也相當于一種電流。位移電流只表示電場的變化率，與傳導電流不同，它不產生熱效應、化學效應等）16. 氯化銀電極和Pt有什么不同？前者是活性材料，電化學可逆，沒有過電壓；后者是惰性材料，電化學不可逆，不產生直流電流；Agcl是非極化電極，相當于電阻；Pt是極化電極，相當于電容。（1） Ag-AgCl 電極，對于生物體組織具有非常小而且穩(wěn)定的半電池電位，而且為非極化電極，故常用來作為生物電測量的引導電極來使

8、用。可是Ag-AgCl 材料對生物組織有害，所以只能用作體外測量。（2） Pt是一種惰性貴金屬，常用作某些電極的電子導體，本身不參與電極反應，統稱鉑電極。 主要用于：（1）氣體電極和氧化還原電極；（2）在一定的電勢范圍內的理想可極化電極；（3）溶液電導測量中作電導池外接電源的輸入電極。17. 說明氯化銀電極電極電位穩(wěn)定的原因？氯化銀電極電位只取決于電解質中氯化物濃度，電位將保持穩(wěn)定，如果濃度氯離子是恒定的。這可以通過使用合適的電極凝膠來實現；內部體液也有氯離子作為陰離子，改變電流通過電極，只影響氧化還原反應中Ag離子反應，氯離子濃度沒有變化，所以在電位沒有變化。18. 什么是電極的過電位? 過

9、電位是噪聲源之一, 對嗎?過電位是電極的電位差值，為一個電極反應偏離平衡時的電極電位與這個電極反應的平衡電位的差值。它是噪聲源之一。19. 什么是運算放大器？運算放大器（常簡稱為運放）是兩個輸入端，一個輸出端的放大器，通過外部反饋元件達到預期的放大效果?？梢詫﹄娦盘栠M行運算，一般具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性。20. 理想運算放大器的 “理想”指標有那些？實際的這些指標是什么?無限輸入阻抗，輸出阻抗為零，零共模增益或無限共模抑制比，無限開環(huán)增益，無限帶寬實際，輸入電流是不完全為零；輸入失調電流是不完全為零任；輸入阻抗不是無限的；有一個有限的共模電壓范圍；輸出阻抗不為零；有電壓增益限制

10、，包括相移；有一個有限的輸入失調電壓；有一個有限的轉換率；有一些溫度依賴性。21. 高精度運算放大器的技術指標有那些？（1）具有極低非調整失調電壓、極低偏置電流、極低漂移、極高的開環(huán)增益（作為積分器和高增益放大器具有的最高精度）和極高的共模抑制比。（2）低偏置電流和高輸入阻抗。（3）高精度。22. 高速運算放大器的技術指標有那些？高速運算放大器以轉換速率高、建立時間短和頻帶寬為特征23. 一運算放大器的壓擺率（slew rate）是0.5V/s, 那么，該運算放大器所能夠放大的幅度為10mV的正弦信號頻率是多少？ 2*pi*f*A<=SR 即f<=0.5*106/（2*pi*0.0

11、1）24. 什么是差分放大器?能把兩個輸入電壓的差值加以放大的電路，也稱差動放大器25. 什么是共模抑制比? 它值大小的意義是什么? 放大器工作于線性區(qū)時，其差模電壓增益AVD與共模電壓增益AVC之比，CMRR=Avd/Avc 值大小意義：共模抑制比越大，放大器精度越高，無限大時為理想放大器26. 什么是儀器放大器？儀器放大器的有幾級？每一級完成什么功能？在傳感器接口電路中經常用到的具有高輸入阻抗高共模抑制比的差分放大器，由于精度高，穩(wěn)定性好，常用于精密儀器電路和測控電路中，這類儀器稱儀器放大器。有兩級：第一級即輸入級，由兩個同向放大器并聯構成，用作緩沖器，提高輸入阻抗；放大器的第二級就是一個

12、典型的差分放大器，實現高共模抑制比。27. 說出儀器放大器的基本特點是什么？ （說出兩個） 高輸入阻抗，高共模抑制比28. 如圖2, 放大器為理想運算放大器，反饋回路由R2，R3和R4構成T網絡構成。求出用vI表達的vO式。 VI/R1=-(VI*R2)/(R1*R3)+(-VI*R2/R1-Vo)/R429. 增益帶寬積是什么？放大電路的增益與對應帶寬的乘積30. 單位增益頻率是什么？ 圖2運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個頻率可變恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，隨著輸入信號頻率不斷變大，輸出信號增益不斷減小，當從運放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降3dB（或相當于運放輸入信號的0.707）時

13、所對應的的信號頻率乘以閉環(huán)放大倍數1所得的增益帶寬積。31. 反相放大器有什么特性？同相放大器有什么特性？同相放大器與反相放大器特性有什么異同？反向：（1）輸出較輸入反相（2）放大倍數是任意的（3）輸入阻抗較低同向：（1）輸出與輸入同相（2）放大倍數大于等于1（3）輸入阻抗高同相放大器的輸入信號加在同相輸入端，輸出信號部分反饋到反相輸入端，輸入電阻很大，一般在M范圍，輸出電阻很小接近于0，A1，增益是正值；反相放大器性能穩(wěn)定但輸入阻抗較低，增益是負值。32. 如果一個運算放大器開環(huán)增益是100dB，單位增益帶寬是 3MHz。如圖3所示,是是同相放大電路, R2220k,R13.3k，這運算放大

14、電路的帶寬是多少？ A=1+R2/R1=67.7，BW=3*106/A=44313.15 圖3 33. 如果一個運算放大器開環(huán)增益是100dB，單位增益帶寬是 3MHz。如圖4是反相放大電路, R247k,R11k，這運算放大電路的帶寬是多少？ A=-R2/R1=-47，BW=3*106/A=63829.79 圖434. 什么是有源濾波器?有源濾波器是使用電阻，電容和有源器件實現的濾波器（通常是指運算放大器），可動態(tài)抑制諧波、補償無功（或是指具有信號處理功能的電路，尤其是指去除信號中不想要的頻率成分，增強想要的頻率成分。）35. 按濾波器器的頻率特性，有源濾波器有那幾種？ 低通濾波器、高通濾波

15、器、帶通濾波器、帶阻濾波器、全通濾波器36. 理想低通濾波器和實際低通濾波器有什么區(qū)別？（1） 在頻率小于截止頻率時，理想低通信號全部通過（為1），而實際低通信號有衰減；（2） 理想低通濾波器是突然衰減到0，而時機地同是逐漸衰減到0。37. 在濾波器設計中常用的近似傳遞函數逼近理想濾波器有那幾種？它們的頻率特性各有什么特點？(1)巴特沃斯逼近：濾波器的幅頻特性在通帶內最為平坦，并且單調變化，在阻帶的衰減較為緩慢，選擇性較差。相頻特性是非線性的。(2)切比雪夫逼近：在電路階數一定的情況下，其幅頻特性更接近理想的矩形，其幅頻特性在通帶內有一定的波動量，在阻帶內具有較陡的衰減特性，選擇性好，而且波動

16、越大，選擇性越好。(3).貝塞爾逼近：相頻特性在通帶內具有最高的線性度，群延時函數最接近于常量，濾波器的相頻特性引起的失真最小。38. -模數轉換器的三項關鍵技術是什么？ 過采樣 噪聲成形 數字抽取濾波39. 比較器的結構？反饋網絡 輸入網絡AA-鉗位網絡 +Vp + VoVn -輸入電路 反饋電路 輸出鉗位40. 比較器各部分的作用是什么？輸入電路：兩個輸入信號分別接到比較器的兩個輸入端，使得比較器的輸出端為正的最大值或負的最大值反饋電路：提高比較器的速度和減小在兩信號相等及其附近比較器出現震蕩現象輸出鉗位：為了避免后續(xù)電路出現過壓和保證遲滯比較器的滯回特性穩(wěn)定41. 模數轉換器的基本功能？

17、 抽樣 量化 編碼 。抽樣過程將模擬信號在時間上離散化使之成為抽樣信號；量化將抽樣信號的幅度離散化使之成為數字信號；編碼將數字信號最終表示成數字系統所能接受的形式。42. 非線性處理電路包括哪幾種？ 比較電路 限幅放大電路 死區(qū)電路43. 并行比較ADC的結構？ 電阻分壓器，比較器，緩沖器，編碼器44. 電壓頻率變換ADC的結構？ 由電壓/頻率變換電路（由模擬開關、積分器、比較器組成，見P161）和計數器組成。模擬開關在比較器輸出的控制下將輸入信號Vi輸入到積分器，積分器通常采用線性積分電路，積分器的輸出與參考電壓VR相比較，當積分器的輸出達到時，比較器翻轉，其輸出控制模擬開關切換到VF，是與

18、Vi相反的電壓，且幅值較高，或者模擬開關把積分器短路，使積分器的輸出迅速回零。45. 逐次逼近型ADC的結構？ 比較器，D/A轉換器，比較寄存器SAR，時鐘發(fā)生器，控制邏輯電路46DAC的電阻網絡結構分幾種？各自特點是什么？ 權電阻網絡：每一位的電阻值與這一位的權值相對應，權值越大對應的電阻越小 T型電阻網絡：電阻只有R和2R兩種，整個網絡是由相同的電路環(huán)節(jié)組成。各支路電流相同，但隨著 數碼變更有開關，影響速度。 倒T型電阻網絡：各支路電流恒定但不相同，不隨著數碼變更而開關，速度快。47. ADC的指標都有什么？（1）分辨率（2）轉換速率（3）量化誤差（4）偏移誤差（5）滿刻度誤差（6）線性度

19、 （7）精度（8）非線性積分誤差48. 什么是調制？用要傳輸信號控制高頻信號的某個物理量參數（幅度、頻率、相位），使這個參數隨信號而變化的過程稱為調制49. 什么是解調？解調是調制的逆過程從高頻已調信號中恢復出原調制信號的過程，也稱檢波50. 什么是過采樣？噪聲整形？ 過采樣：設帶限信號最高頻率為fh，當采樣頻率fs大于2fh時，能夠由采樣信號不失真的重構原信號，當采樣頻率遠遠大于2fh時，即是過采樣 噪聲整形： 將原本在整個頻帶內平均分布的量化噪聲推到高頻部分。51. DAC的指標都有什么？靜態(tài)指標：分辨率，標稱滿量程與實際滿量程，精度動態(tài)指標：建立時間，尖峰其他指標：數字輸入特性，模擬輸出

20、特性，鎖存特性及轉換特性，基準電源，電源52. -調制器的工作原理？ 見書187頁原理圖53. 正弦波，方波，三角波如何互相轉換？ a.方波/三角波變換 b.三角波/正弦波變換：用低通濾波器（積分電路）濾除三次以上的高次諧波就可獲得正弦信號輸出。c.正弦波/方波變換：過零比較電路（施密特觸發(fā)器）輸入正弦波，輸出方波54. 數字抽取濾波器的三個作用？ （1）低通濾波經噪聲成形濾波后的-調制器輸出噪聲減至最?。?）濾除奈奎斯特頻率以上的頻率分量以防止由于數字抽取產生的混疊失真（3）進行抽取和濾波運算，減少數據率，并將1位數字信號轉換為高位數字信號55. 滯回比較器的工作原理和特性？ 滯回比較器：v

21、o從+VZ躍變到-VZ的 閾值電壓為+VT，vo從-VZ躍變到+VZ的閾值電壓為-VT 左圖為電路，右圖為滯回特性。（具體見P169）這種比較器的特點是當輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 56. 窗口比較器的工作原理？窗口比較器：又叫“雙限比較器”，是指在輸入信號的上升沿和下降沿翻轉電壓不同的比較器，兩個電壓之間的值為窗口寬度 。窗口比較器常用兩個比較器組成（雙比較器），它有兩個閾值電壓VTHH（高閾值電壓）及VTHL（低閾值電壓），與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入兩個比較器。若VTHLVAVTHH，Vout輸出高電平；若VAVTHL，V