第3章 生物醫(yī)學(xué)常用放大器 第1-2節(jié) 負(fù)反饋

第一節(jié)生物電信號的特點(diǎn)第二節(jié)負(fù)反饋放大器第三節(jié)直流放大器第四節(jié)功率放大器第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第一節(jié)生物電信號的特點(diǎn)一、生物電信號的基本特性二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求一、生物電信號的基本特性1.生物信號的定義：攜帶生物信息的信號。生物電信號：如心電、腦電、肌電等非生物電信號：如體溫、血壓、呼吸等分類：注意：非生物電信號的采集需要合適傳感器將其轉(zhuǎn)換成電信號。

（1）頻率特性：生物電信號的頻帶主要在低頻和超低頻范圍內(nèi)。如腦電信號的頻帶集中在0.5Hz至100Hz范圍；心電信號的頻帶在0.05Hz至100Hz；肌電信號的頻帶為10Hz至2KHz。（2）幅值特性：生物電信號的幅度較小，只有毫伏級甚至微伏級。如腦電信號在幾微伏到幾百微伏變化，肌電信號在幾微伏到幾千微伏變化。（3）噪聲強(qiáng)2.生物電信號的特性二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求基本要求：由于生物醫(yī)學(xué)信號頻率較低且頻帶較寬、阻抗較高且幅度較低和信噪比較小的特點(diǎn)，選用放大器有如下要求：1.高放大倍數(shù)4.低噪聲2.高輸入阻抗5.低漂移3.高共模抑制比6.合適的頻帶第二節(jié)負(fù)反饋放大器一、反饋的基本概念及分類二、反饋的基本類型1、反饋的分類2、四種形式的負(fù)反饋放大電路3、負(fù)反饋類型的判斷三、負(fù)反饋對放大器性能的影響

一.反饋的基本概念1.定義及方框圖：

(1)定義:凡是將放大電路(或某個系統(tǒng))輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路(反饋電路)引回到輸入端，則稱為反饋。Axoxi(a)無反饋(2)方框圖：(b)有反饋Axoxid放大環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)xiFxf－

+比較環(huán)節(jié)取樣

放大電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入，稱為反饋。要研究哪些問題？怎樣引回是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋多少怎樣引出反饋放大電路可用方框圖表示影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流2.1正反饋和負(fù)反饋引入反饋后其變化是增大？還是減小？引入反饋后其變化是增大？還是減??？二、反饋的基本類型反饋信號削弱凈輸入信號，故稱為負(fù)反饋；反饋信號增強(qiáng)凈輸入信號，故稱為正反饋。閉環(huán)放大電路AxoxidxiFxf－

+正反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變大負(fù)反饋：輸入量不變時，引入反饋后輸出量變小從輸入信號角度正反饋和負(fù)反饋**瞬時極性法判斷正負(fù)反饋

從輸入端開始，假定并標(biāo)記某一時刻輸入信號極性為“+”，沿著信號流向，從前向通路到反饋通路，依次標(biāo)出有關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓的相對極性(分別用“+”、“-”號表示)，最終確定反饋量對輸入量的影響。例：(+)(-)(-)(-)(-)凈輸入量負(fù)反饋反饋通路總結(jié)：負(fù)反饋負(fù)反饋(+)(-)(+)(+)(+)(+)(+)凈輸入量負(fù)反饋反饋通路正反饋正反饋(+)(+)(+)(-)2.2直流反饋和交流反饋直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。引入交流負(fù)反饋均引入直流負(fù)反饋2.3交流負(fù)反饋的四種組態(tài)

將輸出電壓的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電壓反饋，即

將輸出電流的一部分或全部引回到輸入回路來影響凈輸入量的為電流反饋，即

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的連接方式，即反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣對象。1.電壓反饋和電流反饋2.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋

描述放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式，即輸入量、反饋量、凈輸入量的疊加關(guān)系。--串聯(lián)反饋--并聯(lián)反饋+_反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判定方法：如輸入信號Xi與反饋信號Xf在輸入回路的不同端點(diǎn)，則為串聯(lián)反饋。如輸入信號Xi與反饋信號Xf在輸入回路的相同端點(diǎn)，則為并聯(lián)反饋。（1）類型輸入端：反饋信號在輸入端聯(lián)接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。輸出端：反饋信號在輸出端分為取電壓和電流兩種方式。電流并聯(lián)電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)3.四種類型的反饋組態(tài)（2）四種反饋組態(tài)：放大電路中反饋的分析內(nèi)容：

圖示電路有無引入反饋？

是直流反饋還是交流反饋？

是正反饋還是負(fù)反饋？

若為交流負(fù)反饋，其組態(tài)為哪種？反饋的判斷**各種反饋的綜合判斷

“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無反饋。一.有無反饋的判斷無反饋負(fù)反饋二.直流反饋和交流反饋的判斷“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。電路中所有電容對交流信號均可視為短路。僅有直流反饋三.正、負(fù)反饋（反饋極性）的判斷“看反饋的結(jié)果”，即凈輸入量是被增大還是被減小。瞬時極性法：給定的瞬時極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到的極性.－－正反饋－－負(fù)反饋四.

交流負(fù)反饋中四種組態(tài)的判別方法并聯(lián)：反饋量xf

和輸入量

xi

接于同一輸入端串聯(lián)：反饋量xf

和輸入量

xi

接于不同的輸入端根據(jù)電路連接方式：RLuo電壓反饋RLiE電流反饋紅色為反饋通路電壓：將負(fù)載短路，反饋量xf

＝0。電流：將負(fù)載短路，反饋量xf≠0。根據(jù)電路分析方法：分別示出上述四種負(fù)反饋形式的框圖(a)電流串聯(lián)負(fù)反饋(b)電流并聯(lián)負(fù)反饋(c)電壓串聯(lián)負(fù)反饋(d)電壓并聯(lián)負(fù)反饋C1+Ui

–ReRb

+UCCC2RL+uo–負(fù)反饋例1：電路如下圖所示，試分析其反饋類型。(+)(+)(+)電壓串聯(lián)例2：電路如下圖所示，試分析其反饋類型。信號的正向傳輸反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）類型：電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋元件RF；瞬時極性法判斷為負(fù)反饋，將輸出短路，判斷為電壓負(fù)反饋。(+)(+)(-)(-)例3.電路如下圖所示，試分析其反饋類型。(+)(+)類型：電流串聯(lián)負(fù)反饋(+)+__++引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋例4.電路如下圖所示，試分析其反饋類型。++電流并聯(lián)負(fù)反饋uouiuFRE2RFRC1RC2+UCC

例5.電路如下圖所示，試分析其反饋類型。并聯(lián)反饋電流反饋例6.電路如下圖所示，試分析其反饋類型。RF、CF：反饋類型為交流電壓并聯(lián)負(fù)反饋RE2、CE2：反饋類型為直流負(fù)反饋三、負(fù)反饋對放大電路性能的影響一、降低放大倍數(shù)二、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性三、改變輸入電阻和輸出電阻四、展寬頻帶五、改善波形，減小失真六、引入負(fù)反饋的一般原則1、負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)表達(dá)式

開環(huán)增益（考慮反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)）反饋系數(shù)閉環(huán)增益已知即閉環(huán)增益的一般表達(dá)式2.反饋深度一般負(fù)反饋稱為反饋深度深度負(fù)反饋正反饋?zhàn)约ふ袷?、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性在中頻段，放大倍數(shù)、反饋系數(shù)等均為實數(shù)。說明放大倍數(shù)減小到基本放大電路的，但放大倍數(shù)穩(wěn)定性是基本放大電路的倍。4、改變輸入電阻和輸出電阻(1).對輸入電阻的影響引入串聯(lián)負(fù)反饋時

對輸入電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸入端的接法有關(guān)，即決定于是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻引入并聯(lián)負(fù)反饋時并聯(lián)負(fù)反饋減小輸入電阻。(2).對輸出電阻的影響

對輸出電阻的影響僅與反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路在輸出端的接法有關(guān)，即決定于是電壓反饋還是電流反饋。引入電壓負(fù)反饋時

電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，使輸出具有恒壓特性，因而輸出電阻減小。電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小輸出電阻為：得：對輸出電阻的影響引入電流負(fù)反饋時電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，使輸出具有恒流特性，因而輸出電阻增大。電流負(fù)反饋使輸出電阻增大offiiIFXXXX&&&&&&=-=-=￠-結(jié)論：1、采用串聯(lián)負(fù)反饋，能增大輸入電阻；2、采用并聯(lián)負(fù)反饋，能減小輸入電阻；3、采用電流負(fù)反饋，能增大輸出電阻，穩(wěn)定輸出電流；4、采用電壓負(fù)反饋，能減小輸出電阻，穩(wěn)定輸出電壓，增強(qiáng)帶負(fù)載能力；思考：如果需要實現(xiàn)下列要求，在交流放大電路中應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋?要使輸出電壓uo基本穩(wěn)定,并能提高輸入電阻。(2)要使輸出電流io

基本穩(wěn)定,并能減小輸入電阻(3)要使輸出電流io

基本穩(wěn)定,并能提高輸入電阻。三、展寬頻帶引入負(fù)反饋后的幅頻特性可推導(dǎo)出引入負(fù)反饋后的截止頻率、通頻帶fLfHfLffHf四、減小非線性失真和抑制干擾1.非線性失真

當(dāng)輸入信號為正弦波時，輸出信號的波形可能不再是一個真正的正弦波，而將產(chǎn)生或多或少的非線性失真，當(dāng)信號幅度比較大時，非線性失真現(xiàn)象更為明顯。2.減小非線性失真

由于晶體管輸入特性的非線性，當(dāng)b-e間加正弦波信號電壓時，基極電流的變化不是正弦波。若加在b-e之間的電壓正半周幅值小于負(fù)半周的幅值，則其電流失真會減小，甚至為正弦波。非正弦波近似正弦波_五、引入負(fù)反饋的一般原則穩(wěn)定Q點(diǎn)應(yīng)引入直流負(fù)反饋，改善動態(tài)性能應(yīng)引入交流負(fù)反饋；根據(jù)信號源特點(diǎn)，增大輸入電阻應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋，減小輸入電阻應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋；根據(jù)負(fù)載需要，需輸出穩(wěn)定電壓（即減小輸出電阻）的應(yīng)引入電壓負(fù)反饋，需輸出穩(wěn)定電流（即增大輸出電阻）的應(yīng)引入電流負(fù)反饋；從信號轉(zhuǎn)換關(guān)系上看，

將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓應(yīng)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，

將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，

將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電流應(yīng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋，

將輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電流應(yīng)引入電流并聯(lián)負(fù)反饋。練習(xí)：選擇合適答案填入空內(nèi)。

A．電壓B．電流C．串聯(lián)D．并聯(lián)（1）為了穩(wěn)定放大電路的輸出電壓，應(yīng)引入

負(fù)反饋；（2）為了穩(wěn)定放大電路的輸出電流，應(yīng)引入

負(fù)反饋；（3）為了增大放大電路的輸入電阻，應(yīng)引入

負(fù)反饋；（4）為了減小放大電路的輸入電阻，應(yīng)引入

負(fù)反饋；（5）為了增大放大電路的輸出電阻，應(yīng)引入

負(fù)反饋；（6）為了減小放大電路的輸出電阻，應(yīng)引入

負(fù)反饋。解：（1）A（2）B（3）C（4）D（5）B（6）A練習(xí)：為減小放大電路從信號源索取的電流，增強(qiáng)穩(wěn)定輸出電壓能力，應(yīng)引入什么反饋？（增大輸入電阻+穩(wěn)定輸出電壓，所以為電壓串聯(lián)負(fù)反饋）為了使電流信號轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電壓信號，應(yīng)引入什么反饋？（輸入端電流，輸出端電壓，所以為電壓并聯(lián)負(fù)反饋）為了使電壓信號轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號，應(yīng)引入什么反饋？（輸入端電壓，輸出端電流，所以為電流串聯(lián)負(fù)反饋）練習(xí)：已知交流負(fù)反饋有四種組態(tài)：

A．電壓串聯(lián)負(fù)反饋B．電壓并聯(lián)負(fù)反饋

C．電流串聯(lián)負(fù)反饋D．電流并聯(lián)負(fù)反饋選擇合適的答案填入下列空格內(nèi)。（1）欲得到電流－電壓轉(zhuǎn)換電路，應(yīng)在放大電路中引入

；（2）欲將電壓信號轉(zhuǎn)換成與之成比例的電流信號，應(yīng)在放大電路中引入

；（3）欲減小電路從信號源索取的電流，增大帶負(fù)載能力，應(yīng)在放大電路中引入

；（4）欲從信號源獲得更大的電流，并穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)在放大電路中引入

。BCAD練習(xí)：選擇合適的答案填入空內(nèi)。（1）對于放大電路，所謂開環(huán)是指

。

A．無信號源B．無反饋通路

C．無電源D．無負(fù)載而所謂閉環(huán)是指

。

A．考慮信號源內(nèi)阻B．存在反饋通路

C．接入電源D．接入負(fù)載（2）在輸出量不變的情況下，若引入反饋后

，則說明引入的反饋是負(fù)反饋。

A．輸入電阻增大B．輸出量增大

C．凈輸入量增大D．凈輸入量減?。?）直流負(fù)反饋是指

。

A．直接耦合放大電路中所引入的負(fù)反饋

B．只有放大直流信號時才有的負(fù)反饋

C．在直流通路中的負(fù)反饋（4）交流負(fù)反饋是