生物醫(yī)學(xué)信息提取過程中的干擾與噪聲

生物醫(yī)學(xué)信息提取過程中的干擾與噪聲第1頁/共193頁第2頁/共193頁電磁干擾1.干擾的引入干擾的形成包括：干擾源、耦合通道（即引入方式）、敏感電路（即接受電路）。

第3頁/共193頁能產(chǎn)生一定的電磁能量而影響周圍電路正常工作的物體或設(shè)備叫干擾源。自然界的宇宙射線、太陽輻射、太陽黑子產(chǎn)生的周期電擾動。周圍電氣、電子設(shè)備的各種放電現(xiàn)象電容電感過渡過程的瞬變電壓…...最主要的是220v交流電源的50Hz干擾源。因?yàn)樯镫姶蠖及?0Hz頻率成分。（1）干擾源第4頁/共193頁生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身就是強(qiáng)的電磁干擾源。如：高能量的治療機(jī)和精密的測量儀器并用時，治療機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)的干擾可造成精密測量儀器的誤動作、誤輸出。如電刀、激光刀、除顫器等。第5頁/共193頁（2）干擾耦合途徑1.傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳播把干擾引入測試系統(tǒng)，稱為傳導(dǎo)耦合。交流電源線、測試系統(tǒng)中的長線都能引起傳導(dǎo)耦合。它們都具有天線的效果，能夠廣泛拾取空間的干擾引入測試系統(tǒng)。第6頁/共193頁2.經(jīng)公共阻抗耦合在測試系統(tǒng)內(nèi)部各單元間，或兩種測試系統(tǒng)之間存在公共阻抗。

第7頁/共193頁當(dāng)兩個電路共用一段地線時，由于地線的阻抗，一個電路的地電位會受另一個電路工作電流的調(diào)制。這樣一個電路中的信號會耦合進(jìn)另一個電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合。

第8頁/共193頁由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該電壓通過各種地回路感應(yīng)到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾。

第9頁/共193頁接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱為地電壓，這是由于兩接地點(diǎn)間總有一定的阻抗，地電流在該公共阻抗上產(chǎn)生了地電壓，該電壓直接加到電路上在為共模干擾電壓。第10頁/共193頁圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個共有阻抗Zi，在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓Ui=ZiI1+ZiI2，對回路2而言ZiI1是電磁干擾壓降

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消除公共阻抗耦合的途徑有兩個

一個是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。通過適當(dāng)?shù)慕拥胤绞奖苊馊菀紫嗷ジ蓴_的電路共用地線。第12頁/共193頁可以將電路按照強(qiáng)信號，弱信號，模擬信號，數(shù)字信號等分類，然后在同類電路內(nèi)部用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同類型的電路采用并聯(lián)單點(diǎn)接地。（詳述見后）

第13頁/共193頁3.電場和磁場耦合在場源附近，場的特性主要取決于場源的性質(zhì)。在遠(yuǎn)離場源的地方，場的性質(zhì)主要取決于場傳播時所經(jīng)過的介質(zhì)。設(shè)為波長，當(dāng)距離大于，稱為遠(yuǎn)場，小于此稱為近場。第14頁/共193頁近場感應(yīng)耦合由于電荷運(yùn)動產(chǎn)生電磁場，所以凡帶電的元件、導(dǎo)線都能形成電磁場。第15頁/共193頁電容性耦合

在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和元件之間都存在分布電容。一個導(dǎo)體上電壓或干擾成分通過分布電容使其他導(dǎo)體電位受到影響，這種現(xiàn)象叫做電容性耦合。第16頁/共193頁容性耦合電磁環(huán)境中，通過電場干擾源與人體之間的分布電容，使人體本身攜帶干擾電壓。主要為工頻50Hz電磁場：測試系統(tǒng)所用市電，病房和手術(shù)照明等。第17頁/共193頁可見人體攜帶的50Hz干擾電壓，完全淹沒生物電信號。第18頁/共193頁減少電容性耦合的常用的方法是采用屏蔽導(dǎo)線。第19頁/共193頁當(dāng)電流I在一個閉合回路中流動時，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通。，L為電感。L的大小取決于回路的幾何形狀及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)。當(dāng)一個回路的電流產(chǎn)生的磁通穿過另一個電路回路時，產(chǎn)生互感。即回路1的電流在回路2中產(chǎn)生磁通。如果這個磁通隨時間變化，那么電路中變感應(yīng)出電壓。兩個回路的電感性耦合又叫磁耦合。電感性耦合第20頁/共193頁感應(yīng)電壓大小與閉合回路面積A呈正比，為磁通與面積法線的夾角。為了減小，采用絞合線的走線方式，每個絞合結(jié)構(gòu)的微小面積所引起的感應(yīng)電壓大體相等，由于絞合結(jié)構(gòu)方向相反，而使局部的感應(yīng)電壓相互抵消。盡量減小面積A和.盡量使回路平面與干擾回路平面垂直。并使信號線貼近地平面布線，以減小回路的閉合面積。第21頁/共193頁抑制干擾：合理接地與屏蔽合理接地與屏蔽是抑制干擾的主要方法。接地指印刷板上的局部電路中和測試系統(tǒng)整機(jī)中地線的布置。從安全的角度考慮，合理接地也是十分重要的。第22頁/共193頁系統(tǒng)中的接地線分為兩類。一是安全接地，稱為保護(hù)接地；保護(hù)地線必須是大地地位。一是工作接地，即對信號電壓設(shè)立基準(zhǔn)電位。工作地線可以是大地地位也可以不是。第23頁/共193頁一般電子儀器設(shè)備，為了安全，機(jī)殼都應(yīng)接地。目的是使人經(jīng)常接觸的機(jī)殼保持零電位。機(jī)殼的電位是由于雜散阻抗形成漏電通路甚至產(chǎn)生絕緣擊穿的偶然情況形成的。第24頁/共193頁生物醫(yī)學(xué)測量中，大多情況是數(shù)臺電子設(shè)備用于人體同時工作。數(shù)臺同時并用，接地可能是：分別單獨(dú)接地，或者共用一條接地線。第25頁/共193頁接地方式

第26頁/共193頁浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕緣，一種情況是使接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會傳導(dǎo)到設(shè)備。另一種情況是在有些電子設(shè)備中，為了防止機(jī)箱上的干擾電流直接耦合到信號電路，有意使電路單元的信號線與設(shè)備機(jī)箱絕緣。采用浮地的設(shè)備、單元容易受空間耦合干擾，注意采用電磁屏蔽技術(shù)。

第27頁/共193頁共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

電路1、電路2、電路3各自到接地面的接地線長短不同（接地阻抗不同），各電路的接地點(diǎn)的電位均不為零且各不相同，且受其他電路電流影響。最不適用。但由于該電路比較簡單，用的場合仍然較多，當(dāng)各電路的電平相差不大時可以使用。若各電路的電平相差很大，則不能使用，因?yàn)楦唠娖诫娐穼a(chǎn)生很大的地電流，形成大的地電位差并干擾到低電平電路。使用該接地方式時，要把低電平電路放在距接地點(diǎn)最近的地方。第28頁/共193頁獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)是各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗有關(guān)，不受其它電路的影響。缺點(diǎn)：第一，需要多根地線，比較麻煩。由于分別接地，勢必會增加地線長度，從而增加了地線阻抗。會造成各地線相互間的耦合，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容耦合都會增大；

第29頁/共193頁第二，只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長λ=c/f縮小到可與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度比擬時，就不能再用這種接地方式了。因?yàn)椋寒?dāng)?shù)鼐€的長度接近于λ/4時，它就象一根終端短路的傳輸線，此時不僅起不到接地作用，而且地線將有很強(qiáng)的天線效應(yīng)向外輻射干擾信號，所以一般要求地線長度不應(yīng)超過信號波長的1/20。第30頁/共193頁多點(diǎn)接地這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)是接地線較短，適用于高頻情況，其缺點(diǎn)是形成各種地線回路，造成地環(huán)路干擾，這對設(shè)備內(nèi)同時使用的具有較低頻率的電路會產(chǎn)生不良影響。

第31頁/共193頁混合接地方式如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地，而在高頻時又需采用多點(diǎn)接地，此時，可采用混合接地方式。在低頻時，電容的阻抗較大，故電路為單點(diǎn)接地方式，但在高頻時，電容阻抗較低，故電路成為兩點(diǎn)接地方式，因此這種接地方式適用于工作于寬頻帶的電路。

第32頁/共193頁總的來說，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。一般情況，頻率在1MHz以下采用單點(diǎn)接地方式；頻率高于10MHz采用多點(diǎn)接地方式；頻率在1MHz~10MHz之間，采用混合接地，如采用單點(diǎn)接地，其地線長度不得超過0.05λ(波長)。

第33頁/共193頁電磁兼容的接地要求a．接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點(diǎn)。b．接地線、接地面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的寬度和厚度，接地線應(yīng)短而粗、接地面的面積應(yīng)盡可能大，以保證在所有頻率（尤其是高頻部分）上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。c．良好的接地要求盡量減低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓，同時還要盡量避免形成不必要的地回路。d．?dāng)?shù)字信號地與模擬信號地分開設(shè)計，大電流信號地與邏輯小信號地分開設(shè)計。

第34頁/共193頁第35頁/共193頁第36頁/共193頁第37頁/共193頁第38頁/共193頁信號提取中的噪聲把系統(tǒng)內(nèi)部由器件、材料、不見的物理因素產(chǎn)生的自然擾動叫噪聲。是電路內(nèi)固有的，不能用屏蔽、接地等方法消除。通過對噪聲過程的分析，進(jìn)行合理的低噪聲電路設(shè)計，可使噪聲降到最低限度。第39頁/共193頁主要噪聲類型1.1/f噪聲（低頻噪聲）接觸噪聲凡兩種材料之間不完全接觸，形成起伏的導(dǎo)電率便產(chǎn)生1/f噪聲。第40頁/共193頁2熱噪聲熱噪聲是由導(dǎo)體中載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動引起的。任何處于絕對零度以上的導(dǎo)體中，電子都在做隨機(jī)熱運(yùn)動。每個電子都攜帶電荷，因此電子的隨機(jī)熱運(yùn)動表現(xiàn)為導(dǎo)體中電流的波動。長時間看來，這些波動產(chǎn)生的電流為0，但某一瞬時，并不為0，因此在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生壓降，稱做噪聲電壓。第41頁/共193頁3散粒噪聲半導(dǎo)體器件中，載流子的產(chǎn)生與消失的隨機(jī)性，使得流動的載流子數(shù)目發(fā)射功能波動，從而引起電流瞬時漲落，稱為散粒噪聲。第42頁/共193頁熱噪聲的抑制電氣設(shè)備內(nèi)部的元器件在工作時會產(chǎn)生熱量而使設(shè)備內(nèi)部溫度升高，反過來環(huán)境溫度的升高促使元器件產(chǎn)生更大的噪聲電壓。產(chǎn)生噪聲電壓的元器件有電阻器、半導(dǎo)體器件、變壓器、電感線圈、發(fā)光器件等。針對熱噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，我們可以采取如下幾種措施：第43頁/共193頁（1）熱屏蔽熱屏蔽就是把發(fā)熱點(diǎn)用一種特殊的導(dǎo)熱性能良好的材料做成的屏蔽罩“包圍”（就像電磁屏蔽一樣）起來，使其所產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達(dá)到平衡使溫度場恒定，從而達(dá)到減?。ɑ驔]有）溫度的變化，以抑制因溫度的變化所帶來的噪聲干擾。第44頁/共193頁（2）熱隔離熱隔離就是把那些易產(chǎn)生熱量的元器件與那些對溫度變化比較敏感的元器件用絕熱性能好的材料隔離開。例如，若在同一控制箱內(nèi)具有較大發(fā)熱量的元器件和對溫度較敏感的元器件的情況下，可在這二者之間加裝隔熱板，降低熱輻射及熱傳導(dǎo)，以達(dá)到抑制因溫度升高而引起的噪聲干擾。第45頁/共193頁（3）強(qiáng)制散熱強(qiáng)制散熱就是采用人工的方法，強(qiáng)制降低電氣設(shè)備內(nèi)部及其大功率器件的溫度。一般來說，對于功率半導(dǎo)體器件應(yīng)加裝散熱器。對于發(fā)熱較大的電氣設(shè)備應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，以達(dá)到降低溫度從而起到抑制熱噪聲的作用。第46頁/共193頁散粒噪聲的抑制散粒噪聲是由元器件的固有性能所決定的，，是一個客觀存在，設(shè)計人員只有更多地掌握元器件信息，不斷地反復(fù)試驗(yàn)，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，選擇性價比最高的元器件，以取得最佳的抑制噪聲的效果。第47頁/共193頁接觸噪聲的抑制接觸噪聲的抑制仍然是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，只有不斷地實(shí)踐摸索，才能夠總結(jié)出抑制接觸噪聲的經(jīng)驗(yàn)，才能夠把接觸噪聲降到最低點(diǎn)。第48頁/共193頁放大是生物信息處理中的基本環(huán)節(jié)生物信息無論是直接還是間接的，大多比較微弱，甚至淹沒在噪聲中，必須用微弱信號檢測技術(shù)。微弱信號被檢測后需要經(jīng)過放大后才能顯示讀出。生物醫(yī)學(xué)信號放大第49頁/共193頁一、生物電信號特性一般電信號的三大特性：幅度、頻譜、信號源阻抗除掉以上三大特性外，還計及:

干擾電壓、極化電壓第50頁/共193頁以心電信號為例①頻譜：

R波頻率稍高，可延伸到100Hz。一般對于P-R段，S-T段表現(xiàn)為十分之幾赫茲。0.2~100Hz。②振幅值：

P波0.1mV；R波較高,1~2mV，最高到達(dá)8mV③源阻抗：指人體內(nèi)阻。加上電極和皮膚接觸電阻，可達(dá)幾kΩ~幾十kΩ，甚至幾百kΩ。第51頁/共193頁④干擾電壓伴隨著肌電或皮電。極化電壓，電極板-導(dǎo)電液-皮膚三者引入的一種緩慢變化的電壓。100mv量級，處理得好可減小到100μv量級。50Hz市電感應(yīng)電壓。數(shù)v量級。第52頁/共193頁幅值頻譜Hz信號源阻抗KΩ極化電壓工頻干擾電壓心電0.1~8mv0.2~100100~101±

300mv數(shù)v腦電10μV~1mV1~60同上±

100mv同上皮電50μV~0.2mV1~100同上±

300mv同上肌電20μV~30mV10~3000同上±

300mv同上眼電50μV~200mVDC~20同上101mv同上胃電50μV~2mV0.001~20同上100mv同上細(xì)胞電100μV~100mVDC~104103100mv同上胎心電20μV~100μV5~60同上101mv同上第53頁/共193頁二、源阻抗和極化電壓在生物電測量中的影響第54頁/共193頁（一）源阻抗使生物電測量引入失真

從上式看出，通過增大放大器輸入阻抗Zi，可減小由Zs引入的失真。第55頁/共193頁

（二）源阻抗及其差異使抗共模干擾能力下降假定：則：第56頁/共193頁上式說明:由于△Zs的存在，使感應(yīng)的共模信號在放大器的輸入端引入了差模電壓△Ui，其有時會淹沒被檢測的微弱的生物電信號。

如果△Zs為5k歐（典型值），對于10mv的共模干擾電壓，若打算限制在10μv以下，則放大器輸入阻抗應(yīng)在5M歐以上。第57頁/共193頁定量說明CMRR的下降：其中：Uco為放大器輸出端的共模電壓Uco1為放大器本身共模輸出Uc△為輸入回路引入的△Ui經(jīng)放大后的輸出電壓，即：從上式看出，增大Zi，可提高CMRR。提高Ad也可提高CMRR。第58頁/共193頁如何估計信號源的阻抗利用負(fù)載實(shí)驗(yàn)法首先用一個輸入阻抗足夠大的放大器測出生物信號的波形，然后逐步減小放大器的輸入阻抗，當(dāng)生物信號的幅值減小到原來的一半時，此時放大器的輸入阻抗就是信號源阻抗。第59頁/共193頁（二）極化電壓在生物電測量中的影響極化電壓的共模部分可略去不計；其差值部分成為一個很大的背景電壓，一般比有用的生物電信號大幾百倍到幾千倍。極化電壓直流部分可用隔直電容隔掉，但其緩變部分隔不掉，引起基線漂移。第60頁/共193頁三、放大器設(shè)計要求1.高輸入阻抗從上述討論看出：減小源阻抗引起的信號失真。高CMRR的必要條件第61頁/共193頁高共模抑制比CMRR減小共模干擾信號作為極性相反的差模信號被放大。而干擾作為共模信號被抑制。第62頁/共193頁還需要：低噪聲低漂移合適的頻帶寬度和動態(tài)范圍。第63頁/共193頁低噪聲高阻抗源本身就帶有可觀的熱噪聲，使輸入信號質(zhì)量很差。放大器的低噪聲性能主要取決于前置級。按照低噪聲原則設(shè)計：多級放大器總的噪聲系數(shù)主要取決于第一級。一般來說，在滿足其他條件的情況下，第一級放大器設(shè)計時增益應(yīng)盡可能提高。還要采用嚴(yán)格的裝配工藝。第64頁/共193頁直流放大器零點(diǎn)漂移生物電信號中有頻率很低的成分，因此要用直流放大器。直流放大器的特點(diǎn)是：無論信號源與放大器的耦合，放大器級間耦合，放大器與負(fù)載的耦合，都采用直接耦合，而不是電容耦合。因此，將輸入短對地短路時候，放大器輸出端電壓也不為0，而有緩慢變化。叫直流放大器的零點(diǎn)漂移。第65頁/共193頁溫度漂移引起零點(diǎn)漂移的因素有：電源電壓的變化，環(huán)境溫度的改變，元件的老化。以溫度變化所引起的零點(diǎn)漂移最為突出。稱為溫漂。第66頁/共193頁減小溫漂的措施電路輸入級用差動式。溫漂作為共模信號被抑制。元器件的挑選。安裝工藝。參數(shù)互相配合。前一級和后一級溫漂方向可以相反，互相抵消。引入共模負(fù)反饋。不僅能抑制溫度漂移，對其他共模干擾也可抑制。第67頁/共193頁集成電路放大器傳統(tǒng)的放大器是分立元件的。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)快速發(fā)展，20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)了集成電路放大器。所謂集成電路就是把電路中的所有元器件及連接導(dǎo)線都制作在一塊硅片上，構(gòu)成具有特定功能的電子電路。提高了電子設(shè)備的可靠性，重量減少，體積縮小，功耗降低。第68頁/共193頁差動放大電路差動放大電路:

信號作為極性相反的差模信號被放大。而干擾作為共模信號被抑制。生物電放大器前置級通常采用差動放大電路結(jié)構(gòu)。第69頁/共193頁生物電放大器的前置級，大都采用差動放大電路結(jié)構(gòu)。能夠用一個基本的差動放大器構(gòu)成生物電放大器的前置級？能否達(dá)到生物電放大要求的指標(biāo)？分析一個簡單的基本差動放大電路。第70頁/共193頁

由于運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，為了便于分析，常將其理想化——理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個運(yùn)放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運(yùn)放進(jìn)行。運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)集成運(yùn)放虛短路虛開路第71頁/共193頁反相比例運(yùn)算放大器_++R2R1RPuiuoi1i2第72頁/共193頁_++R2R1RPuiuo電路的輸入電阻?。篟i=R1平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等。第73頁/共193頁同相比例運(yùn)算放大器_++R2R1RPuiuo輸入電阻高第74頁/共193頁電壓跟隨器_++R2uiuo輸入電阻大第75頁/共193頁差動放大器_++R2R1R1ui2uoR2ui1解出：第76頁/共193頁_++R2R1R1ui2uoR2ui1差動信號放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（2R1）

為了提高輸入阻抗，要加大R1,

但是加大R1，失調(diào)電流及其漂移的影響必將加劇。因此，R1的加大是有限的。一般限定在100k歐以內(nèi)。這種輸入阻抗是不能滿足生物電放大器前置級輸入阻抗的要求的。第77頁/共193頁如果把差動輸入信號從同相側(cè)送入，則能大大提高電路的輸入阻抗?；蛘咴诓顒臃糯箅娐非凹右患壘彌_級（同相電壓跟隨器），實(shí)現(xiàn)阻抗變換。如圖。第78頁/共193頁上述即三運(yùn)放電路uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1–+AR2R2uo+第79頁/共193頁uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+虛短路：虛開路：由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。第80頁/共193頁uo2uo1R1R1–+AR2R2uo+第81頁/共193頁Rt=f(T°C)uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtui由三運(yùn)放放大器組成的溫度測量電路第82頁/共193頁上述電路中第一級也可用場效應(yīng)管構(gòu)成。Page161放大電路例子。

1.場效應(yīng)管源極跟隨器。

2.雙端輸入、單端輸出的差動放大器。增益可調(diào)。

3.低通有源濾波器。截止頻率可調(diào)。以下參數(shù)測量：第83頁/共193頁CMRR：差模增益測量將放大器輸入端一端接地，另一端輸入一中間頻率、1mv（有效值）的正弦信號。用示波器監(jiān)視輸出波形。輸出端毫伏表的指示值與輸入信號1mv的比值，就是差模增益Ad。第84頁/共193頁CMRR：共模增益測量兩輸入端相連，輸入一中間頻率、1mv（有效值）的正弦信號。用示波器監(jiān)視輸出波形。輸出端毫伏表的指示值與輸入信號1mv的比值，就是共模增益Ac。計算CMRR：第85頁/共193頁短路噪聲測量將輸入端接地短路。用示波器觀察輸出噪聲的蜂蜂值。在用正弦波信號輸入示波器比較，調(diào)整正弦波所占格子與噪聲相同。正弦波的大小除上差模增益，就是短路噪聲。第86頁/共193頁隔離級設(shè)計為了人體安全，通常生物電測量技術(shù)采用浮地形式，以便實(shí)現(xiàn)人體與電氣設(shè)備的隔離。第87頁/共193頁所謂浮地（或浮置），即信號在傳遞過程中，不是利用一個公共的接地點(diǎn)逐級的往下傳送。而是利用諸如電磁耦合或光電偶合等隔離技術(shù)。信號從浮地部分傳遞到接地部分，兩部分之間沒有電路上的直接聯(lián)系，通過地線產(chǎn)生的漏電流被抑制。不但保障人體的安全，而且消除了地線中的干擾電流。第88頁/共193頁兩種方式1.電磁耦合，經(jīng)變壓器傳遞信號。2.光電耦合，用光電器件傳遞信號。使用較多。第89頁/共193頁電磁耦合第90頁/共193頁其原理是將與病人相連的心電放大器的前置部分完全與地絕緣，從而使得病人與大地之間沒有漏電流。保護(hù)病人安全。因?yàn)樽儔浩鞑豢赡軅鬟f低頻、直流信號。所以先通過調(diào)制電路，把低頻信號調(diào)制在高頻載波上，經(jīng)過變壓器耦合，再解調(diào)，恢復(fù)信號。第91頁/共193頁光電耦合輻射部件發(fā)光二極管輻射探測器為光電晶體管（如圖），也可為光電二極管。第92頁/共193頁光電耦合重量輕、成本低廉，所以應(yīng)用廣泛。第93頁/共193頁心電放大器設(shè)計（一）心電信號源及其等效電路第94頁/共193頁

考慮到引線電阻對于實(shí)際情況：RB1，RB2較小，主要取決于RF,Rs。兩支路的內(nèi)阻抗不平衡：各電極的極化電勢大小不一：聯(lián)系上述已講的信號源內(nèi)阻和極化電壓對測量的影響第95頁/共193頁（二）心電放大器輸入阻抗和頻率響應(yīng)1.輸入阻抗

第96頁/共193頁

輸入阻抗Zi愈大，增益穩(wěn)定性愈高聯(lián)系上述已講放大器高輸入阻抗的必要性。第97頁/共193頁2.頻率響應(yīng)心電信號的高頻截止頻率一般定在100Hz，100Hz以上的諧波分量太小。高頻心電圖可到2KHz。低頻截止頻率一般定在， 時間常數(shù)

第98頁/共193頁三、心電測量中的干擾1、50Hz磁場感應(yīng)

各種儀器的電源變壓器均是50Hz磁場源，它對心電引線組成的環(huán)路可感應(yīng)出電勢。第99頁/共193頁1、50Hz磁場感應(yīng)

設(shè)在一般病房中，第100頁/共193頁50Hz的磁場感應(yīng)電勢是一個差動電勢，它將與心電信號有同樣倍率的放大。因此要盡量減小其值的大小。第101頁/共193頁如果心電信號為1mV，要將ξm限制在心電信號的1%以下，即

ξm<1mV/100=10μV，代入上式解出S<10/100=0.1米2，也就是

32cm×32cm為了減小環(huán)路面積，可將引線相互絞合。第102頁/共193頁當(dāng)然高頻磁場也會引起干擾。但由于頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于放大器高頻截止頻率，因此可以被放大器抑制。第103頁/共193頁2、50Hz電場影響 由于50Hz電線與人體及信號引線間存在分布電容，因此可以將50Hz位移電流引入人體及引線。由于大地寬廣且靠近人體，通常CD2>CD1。第104頁/共193頁CD1和CD2構(gòu)成了分壓電路，在放大器兩端引入了一個共模的干擾電壓共模電壓若CD1=0.2pF，CD2=2pF，則由于這個電壓過大，會超出心電放大器的輸入動態(tài)范圍，必須消除第105頁/共193頁可采用右腿接地，則人體與地面間的耦合電容視作CD2=∞被短路，強(qiáng)迫人體處于地位。但是人體右腿接地存在接地阻抗，因此無法徹底消除50Hz共模干擾電壓右腿接地時，50Hz位移電流由引線引入的位移電流和人體引入的位移電流之分。第106頁/共193頁1）引線引入的位移電流Z1和Z2為皮膚接觸阻抗，ZG為接地阻抗。第107頁/共193頁50Hz差動干擾電壓50Hz共模干擾電壓例如，當(dāng)ID1=ID2=6nA,Z1-Z2=5k歐，UAB=30μv同樣ZG不為0，所以UC不為0。所以右腿接地不完全消除共模干擾。第108頁/共193頁由此可知，盡量使Z1=Z2，而與ID2一般是相等的，這樣差動干擾電壓UAB約等于0。另外為了減小共模干擾電壓UC，則要減小ZG。引線采用電屏蔽層，可將位移電流引入大地，而不進(jìn)入人體。第109頁/共193頁（2）人體引入的位移電流第110頁/共193頁由于放大器的輸入阻抗很高，人體引入的位移電流只能經(jīng)由接地阻抗ZG流入大地。若兩臂間有位移電流ID，則差動干擾電壓

共模干擾電壓當(dāng)ID=0.1uA,Z1=Z2=400歐，Ud=80uvZL，ZR為兩臂內(nèi)阻第111頁/共193頁綜上，50Hz位移電流是引進(jìn)50Hz差動和共模干擾的主要原因。

對于差動干擾：采用屏蔽引線使人體遠(yuǎn)離饋電線。對于共模干擾：認(rèn)真清理和濕潤皮膚表面或涂上導(dǎo)電膠，降低皮膚接觸阻抗和不平衡程度。接地良好，減小接地阻抗，從而抑制共模干擾第112頁/共193頁肌電干擾肌電信號是由于信號伸縮時，肌肉細(xì)胞產(chǎn)生的復(fù)合電位。而人體各部位運(yùn)動常是不規(guī)則的。因此對于心電信號，肌電是隨機(jī)干擾信號。為消除肌電干擾，被測試者要安靜舒適地躺在臺上，呼吸也要求平緩，盡可能使肌肉處于靜息狀態(tài)，以減小動作電位。第113頁/共193頁（四）放大器共模抑制比抑制共模干擾，方法有兩種1）提高CMRR。2）右腿共模反饋法。第114頁/共193頁CMRR的提高增大Zi提高Ad(除了上述源阻抗以外，分析差動電路電阻失配的影響）共模干擾電壓引線屏蔽層第115頁/共193頁差動電路電阻失配對CMRR的影響為失配度CMRR第116頁/共193頁隨著電阻失配度的增大，CMRR下降。而提高Ad則可增大CMRR。第117頁/共193頁引線屏蔽層與芯線間的電容Cs1,Cs2。大約為200-300pF,在50Hz下容抗為幾個兆歐，與放大器輸入阻抗大小接近。若接地，Cs1,Cs2的分流效應(yīng)明顯減小放大器輸入阻抗。此外，分流效應(yīng)不均衡，將使得放大器CMRR大大下降。第118頁/共193頁若不接地，而用取自放大器的反饋共模電壓來驅(qū)動引線屏蔽層。則Cs1,Cs2兩端均承受共模電壓Uc，結(jié)果使Cs1,Cs2對共模電壓不產(chǎn)生分流效應(yīng)。如下圖。第119頁/共193頁第120頁/共193頁2、右腿共模反饋前面已講述，雖然右腿接地了，但由于接地阻抗ZG的存在，還不能完全消除共模電壓Uc如果設(shè)法將輸入至心電放大器的共模電壓倒相后反饋至右腿，以抵消右腿上的共模電壓Uc，結(jié)果可消除Uc。如下圖。第121頁/共193頁四個電極的平均電壓，即人體共模干擾電壓。通過反相，加到人體右腿。與人體共模干擾電壓相抵消。第122頁/共193頁濾波器濾波器的功能：對頻率進(jìn)行選擇,過濾掉噪聲和干擾信號，保留下有用信號。第123頁/共193頁1.按信號性質(zhì)分類3.按電路功能分類:

低通濾波器；高通濾波器；帶通濾波器；帶阻濾波器2.按所用元件分類模擬濾波器和數(shù)字濾波器無源濾波器和有源濾波器4.按階數(shù)分類:

一階，二階…

高階濾波器第124頁/共193頁傳遞函數(shù)：幅頻特性相頻特性濾波器傳遞函數(shù)的定義第125頁/共193頁第126頁/共193頁第127頁/共193頁RCR1.一階RC低通濾波器(無源)傳遞函數(shù)幅頻特性一.低通濾波器第128頁/共193頁010.7070截止頻率此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性、幅頻特性曲線第129頁/共193頁RR1RFC+-+2.一階有源低通濾波器RC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)的一次項(xiàng),故稱為一階濾波器第130頁/共193頁幅頻特性：RR1RFC+-+幅頻特性及幅頻特性曲線01+RF/R10.707(1+RF/R1)0傳遞函數(shù)RC第131頁/共193頁1、時：有放大作用3、運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2、時：幅頻特性與一階無源低通濾波器類似電路特點(diǎn):第132頁/共193頁3.二階有源低通濾波器RR1RFC+-+CRP，A0=1+RF/R1傳遞函數(shù)中出現(xiàn)的二次項(xiàng),故稱為二階濾波器，第133頁/共193頁幅頻特性曲線第134頁/共193頁二.高通濾波器RR1RFC+-+高通1.一階有源高通濾波器第135頁/共193頁幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性：0

01+RF/R10.707(1+RF/R1)0RR1RFC+-+第136頁/共193頁2.二階有源高通濾波器由此繪出頻率響應(yīng)特性曲線

(1)通帶增益(2)頻率響應(yīng)其中：，第137頁/共193頁頻率響應(yīng)特性曲線

第138頁/共193頁

可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足低通特征角頻率高通特征角頻率三.有源帶通濾波器第139頁/共193頁

可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足有源帶阻濾波器第140頁/共193頁有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。第141頁/共193頁心電放大濾波器1、50Hz有源帶阻濾波器在心電放大器中是用于抑制50Hz市電的干擾。第142頁/共193頁阻容元件按下式匹配：調(diào)節(jié)電位器P，可改變?yōu)V波器的Q值。即右圖所示頻響曲線的平坦程度。實(shí)線為高Q值第143頁/共193頁用帶阻濾波器，不僅濾去了50Hz干擾，也使得R波失真。設(shè)計時不輕易使用。第144頁/共193頁2、有源帶通濾波器這種濾波電路的作用是只允許某一段頻帶內(nèi)的信號通過，而此通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號都被阻斷。第145頁/共193頁心電電極為了降低心電電極的極化電壓和接觸阻抗，目前已采用性能優(yōu)良的銀—氯化銀電極來取代舊式的鍍銀銅電極。此外，還采用了更新更優(yōu)良的電極。第146頁/共193頁1、帶有緩沖放大器的電極一般將緩沖放大器裝置在電極內(nèi)，有如下三個優(yōu)點(diǎn)：(1)消除了電極—皮膚接觸電阻對放大器抗干擾能力的影響。引線引入的位移電流ID流經(jīng)緩沖放大器的輸出阻抗Z01和Z02，而不是流經(jīng)電極—皮膚接觸電阻Z1和Z2。Z01和Z02小到幾歐姆，Z01-Z02就更小，所以在心電放大器輸入端A、B間的差動干擾電壓ID(Z01-Z02)就很小。即消除了電極—皮膚接觸電阻Z1和Z2過大或不平衡對放大器抗干擾能力的影響。第147頁/共193頁（2）引線晃動會改變Z1和Z2

，由于緩沖級的存在，Z1和Z2的改變不會影響心電放大器的抗干擾能力，因?yàn)榕c心電放大器連接的是Z01和Z02

。（3）由于加入了緩沖級，使心電放大器輸入端信號源內(nèi)阻變成Z01和Z02

，而不是Z1和Z2

，因此設(shè)計時心電放大器的輸入阻抗可大大下降，使，從而消除Cs的不平衡對CMRR的影響。因此在實(shí)用上，引線的長短影響不大。第148頁/共193頁2、電容式絕緣電極緩沖放大器也是在電極內(nèi)的，電極與皮膚間是完全絕緣的，相當(dāng)于電極與皮膚間有一個5000PF的電容，為了獲得2秒的時間常數(shù)，緩沖放大器的輸入阻抗應(yīng)高于400兆歐。第149頁/共193頁可消除電極極化電壓。第二章p.40。第150頁/共193頁讀出裝置生物信息提取放大后的電信號,必須給予顯示記錄,以便于觀察.這種顯示記錄信號的器件叫做讀出裝置（readoutdevice)。顯示記錄方式概括為：模擬式指針指示記錄曲線數(shù)字式數(shù)碼顯示數(shù)字式打印記錄第151頁/共193頁技術(shù)指標(biāo)讀出裝置與測量裝置一樣，具有技術(shù)指標(biāo)：輸入信號范圍頻率響應(yīng)輸入阻抗失真度第152頁/共193頁

一、數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示就是通過電子線路和器件把被測信號的量的大小用十進(jìn)制的數(shù)字直接顯示出來。適用于不需觀察其變化過程，只要顯示其瞬間數(shù)值大小的地方。例如用數(shù)字式儀表測量人的體溫、血壓、脈搏等。

第153頁/共193頁

（一）輝光數(shù)碼管

輝光放電:

輝光放電是低氣壓下的氣體放電。放電管中的殘余正離子在極間電場的作用下被加速，于是得到足夠的動能撞擊陰極而產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射過程產(chǎn)生更多的帶電粒子，使得氣體導(dǎo)電。因此放電管兩極間所需電壓較高，一般都在10千伏以上，但輝光放電的電流很小，溫度不高。

第154頁/共193頁字形重疊式顯示：在玻璃管內(nèi)充有惰性氣體，外形與普通電子管相似，內(nèi)有1個公共陽極和10個互相分開的陰極。一個字符做成一個完整的字型，0～9十個字重疊放置，作為10個相互絕緣的電極，另有一個公共電極，當(dāng)某個電極相對于公共電極加上電壓時，使陰極附近的氣體電離，產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象，從而發(fā)出桔紅色輝光，此陰極相應(yīng)的數(shù)碼字樣發(fā)亮。第155頁/共193頁

字形美觀、富有藝術(shù)感，亮度也較高，適合于體積較大的設(shè)備。缺點(diǎn)是體積較大，機(jī)械強(qiáng)度差，工作電壓高。第156頁/共193頁發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成。LED內(nèi)部有一個具有發(fā)光特性的PN結(jié)，當(dāng)PN結(jié)正向?qū)〞r，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，當(dāng)電子和空穴復(fù)合時會釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來。它屬于電流控制型器件，其正向壓降及發(fā)光亮度均與工作電流有關(guān)。其發(fā)光顏色則取決于管心材料。

（二）半導(dǎo)體（發(fā)光二極管)(lightemittingdiode，LED

）第157頁/共193頁七段數(shù)字顯示：發(fā)光段組合它有共陽、共陰兩種接法。共陽接法的數(shù)碼管（顯示器），各段發(fā)光二極管陽極相接，則陰極電位低者亮。共陰接法恰好相反。分段式顯示：第158頁/共193頁圖LED顯示(a)是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖。(b)是其表示符號。(c)使用時，公共陰極接地，7個陽極a-g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動(控制)。第159頁/共193頁優(yōu)點(diǎn)：工作電壓小(僅幾伏)

，驅(qū)動電路簡單，功耗小缺點(diǎn)：成本高，分辨率差，發(fā)光強(qiáng)度較低,難以形成高強(qiáng)度點(diǎn)光源，不可能取代目前的高強(qiáng)度氣體放電燈；PN結(jié)電流-電壓特性對溫度非常敏感；不能設(shè)計任意光譜的LED，只有紅色、橙色、綠色以及接近藍(lán)色幾種第160頁/共193頁（三）熒光數(shù)碼管

(VFD，VacuumFluorescenceDisplay，真空熒光顯示)

這是一種電真空器件。在玻璃管殼內(nèi)裝有一個陰極（由燈絲兼作）、一個網(wǎng)狀的柵極和七個或八個陽極（即字段）?？梢娨彩欠侄物@示。數(shù)碼管的陰極為直熱式陰極，表面涂有一層逸出功很小的氧化物，受熱后易于發(fā)射大量電子。柵極為網(wǎng)狀，工作時加20V的正電壓。陽極有8個，表面涂有一層熒光粉，組成數(shù)碼管的筆畫要素，工作時也加正電壓。由于數(shù)碼管柵極和陽極都加正電壓，致使從陰極表面發(fā)出的大量電子加速，穿過網(wǎng)狀柵極打到所要顯示的分段陽極上，該段陽極便發(fā)出綠色熒光。第161頁/共193頁通過譯碼器控制各個陽極字段電壓的高低，使各個陽極字段的發(fā)光有規(guī)律的組合，便可顯示出0，1，2，9十個數(shù)字。要顯示多位數(shù)字，同樣需要多個數(shù)碼管和驅(qū)動電路。

熒光數(shù)碼管的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓低，驅(qū)動電流小，顯示清晰，字形較亮、穩(wěn)定可靠。主要缺點(diǎn)是需加熱燈絲，因而功耗較大、燈絲老化快、外殼易碎。第162頁/共193頁（四）液晶數(shù)碼管

（LiquidCrystalDisplay，ＬＣＤ）

液晶顯示器屬于被動發(fā)光型顯示器件，它本身不發(fā)光，只能反射或透射外界光線，因此環(huán)境亮度愈高，顯示愈清晰。液晶是一種特殊的有機(jī)化合物。在一定溫度范圍內(nèi)，它既具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性和某些光學(xué)特性，其透明度和顏色能隨電場、磁場、溫度等外界條件的改變而變化。液晶的物理特性是：當(dāng)通電時導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。

第163頁/共193頁如果把相對的兩個電極也按數(shù)碼的筆劃要素做成分段式的，則只有加上電壓的那段筆劃間的一條液晶產(chǎn)生散射，從而顯示出那段筆劃。這樣就可在譯碼電路的控制下，顯示出應(yīng)當(dāng)顯示的數(shù)碼。分段式顯示：第164頁/共193頁液晶顯示的顯著特點(diǎn)是驅(qū)動電壓低（一般為3V～6V），驅(qū)動電流?。◣孜玻⒐模◣孜⑼咧翈资⑼撸?，耗電極省，且易制成點(diǎn)陣式。體積小、重量輕，像素尺寸小，分辨率高。為便于夜間觀察，可采用由LED器件構(gòu)成的背景光源。響應(yīng)速度較慢，工作頻率低，工作溫度范圍較窄（通常為0～50℃）。溫度過高液晶會發(fā)生液化，甚至氣化，溫度低于0℃則會發(fā)生固化，都會降低壽命。此外還應(yīng)避免在強(qiáng)烈日光下使用而導(dǎo)致早期失效（液晶屏變黑）。

第165頁/共193頁二、熒屏顯示

熒屏顯示是通過電子線路和器件將所獲取的生物醫(yī)學(xué)信號在熒光屏上以圖像的形式顯示出來。常用于:觀察信號隨時間的連接變化情形，如心電圖、腦電圖等，即波形顯示。組織、器官的生理、病理解剖結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)，如各種形式的醫(yī)學(xué)影像，即圖象顯示。第166頁/共193頁

（一）波形顯示所謂波形，即指信號電壓隨時間的變化曲線。如心電儀、腦電儀、監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備的終端顯示。第167頁/共193頁(二)圖像顯示

通過熒光屏把人體組織、器官的形象或解剖結(jié)構(gòu)顯示出來，即為圖像顯示。

第168頁/共193頁

圖像顯示的基本原理在于:要把所獲得的組織結(jié)構(gòu)形象的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之相對應(yīng)的電子束強(qiáng)弱不同的信號，使其打在熒光屏上產(chǎn)生輝度不同的光點(diǎn)組成的圖像。

一幅醫(yī)學(xué)圖像，是由數(shù)目眾多的，明暗程度不同的光點(diǎn)組成，每一光點(diǎn)稱為一個像素。要傳遞顯示人體不同組織或臟器的投影畫面，首先必須將整個畫面分解成若干個與像素對應(yīng)的單元，通過不同方式，將每一單元的某個參數(shù)(如對射線的吸收率等)的變化轉(zhuǎn)換成幅度隨時間變化的電信號，這種電信號就稱為圖像信號。第169頁/共193頁示波器

示波器的核心部分是示波管。主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏三部分構(gòu)成。電子槍由燈絲、陰極K、柵極G、加速極A1(第一陽極)、聚焦極A2(第二陽極)等構(gòu)成。電子槍的主要作用是產(chǎn)生一束直徑細(xì)、速度快的電子束射線，用以轟擊熒光屏而發(fā)光。偏轉(zhuǎn)板有兩對，靠近電子槍一側(cè)的是垂直(Y)偏轉(zhuǎn)板，另一對是水平(X)偏轉(zhuǎn)板。它們的作用是使電子束上下、左右移動。熒光屏是在屏面玻璃的內(nèi)壁上，涂上一層均勻的熒光劑(即磷光物質(zhì))，形成熒光膜。熒光膜在電子束的轟擊下發(fā)光而產(chǎn)生光點(diǎn)。光點(diǎn)的顏色則與熒光劑的成份和激活劑有關(guān)。如錳激活的硅酸鋅發(fā)綠光，銀激活的硫化鋅發(fā)藍(lán)色光。第170頁/共193頁由管腳接通電源后，加熱燈絲，陰極發(fā)射電子。柵極加上相對于陰極的負(fù)電壓，它的作用是：一方面調(diào)節(jié)柵壓的大小來控制陰極發(fā)射電子的強(qiáng)度，故柵極也稱控制極；另一方面柵極電壓和第一陽極電壓構(gòu)成一定的空間電勢分布，使得由陰極發(fā)射的電子束在柵極附近形成一個交叉點(diǎn)（實(shí)際上是一個最小截面）。第一陽極和第二陽極的作用除了使電子加速外，還需要構(gòu)成一個聚焦電場，使得經(jīng)過第一交叉點(diǎn)又發(fā)散了的電子在聚焦電場的作用下又會聚起來。高速電子打在熒光屏上，屏上熒光物質(zhì)在高速電子轟擊下發(fā)出熒光，屏上的發(fā)光亮度取決于到達(dá)熒光屏的電子數(shù)目和速度，改變柵壓和加速電壓的大小都可控制光點(diǎn)的亮度。橫、縱偏轉(zhuǎn)板是兩對互相垂直的平行板，偏轉(zhuǎn)板上加以不同的電壓，用來控制熒光屏上亮點(diǎn)的位置。因此可用示波器觀察各種電壓信號的波形。示波管的內(nèi)表面涂有石墨導(dǎo)電層，稱作屏蔽電極，它與第二陽極連在一起，使熒光屏受電子束轟擊而產(chǎn)生的二次電子由導(dǎo)電層流入供電回路，避免熒光屏附近電荷積累。第171頁/共193頁8*8點(diǎn)陣共需要64個發(fā)光二極管組成，每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對應(yīng)的某一列置1電平，某一行置0電平，則相應(yīng)的二極管就點(diǎn)亮。

LED芯片在制作過程中受諸多因素影響形成發(fā)光的不一致性，制成顯示屏后就會產(chǎn)生顯示區(qū)域之間顏色和亮度的不均勻，使畫面產(chǎn)生斑駁感，形同馬賽克墻貼。LED顯示屏在視覺上留給人們顆粒感、刺目感和斑駁感。

LED點(diǎn)陣顯示屏第172頁/共193頁點(diǎn)陣液晶顯示器液晶點(diǎn)陣顯示器是近年來迅速發(fā)展起來的新型顯示器件，它是以微型液晶為像素，按照行與列的形式排列組合而成的。它具有分辨率高（像素尺寸最小可達(dá)0.28mm×0.28mm）、顯示清晰、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，適用于智能儀器、筆記本電腦、手機(jī)和彩色電視。目前，PC機(jī)的顯示器以及彩電的顯像管，正逐步被液晶點(diǎn)陣顯示器等新型顯示終端所取代。第173頁/共193頁是目前應(yīng)用最廣泛的顯示器之一，CRT純平顯示器具有可視角度大、無壞點(diǎn)、色彩還原度高、色度均勻、可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時間極短等LCD顯示器難以超過的優(yōu)點(diǎn)，價格比LCD顯示器便宜。缺點(diǎn)：體積大、耗電多CRT顯示器第174頁/共193頁CRT顯示器

是一種使用陰極射線管（CathodeRayTube）的顯示器。陰極射線管主要有五部分組成：電子槍（ElectronGun），偏轉(zhuǎn)線圈（Defiectioncoils），蔭罩(Shadowmask)，熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼。陰極射線管有靜電式（示波管）和磁偏轉(zhuǎn)式（顯像管）兩種，兩者的基本結(jié)構(gòu)相同。主要區(qū)別是前者采用電場偏轉(zhuǎn)，而后者采用磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。電子板的作用是發(fā)射高速且很細(xì)的電子束。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是控制電子束，使其隨外加電壓的變化而偏轉(zhuǎn)。磁偏轉(zhuǎn)便于得到電子束的大角度偏轉(zhuǎn)，更適合于大屏面的需要。因此顯象管往往采用磁偏轉(zhuǎn)。但是，偏轉(zhuǎn)線圈的電感與較大的分布電容，不利于高頻使用，而且體積和重量較大，都不及電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。所以示波管往往采用電偏轉(zhuǎn)。第175頁/共193頁經(jīng)典的CRT顯像管使用電子槍發(fā)射高速電子，經(jīng)過垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子的偏轉(zhuǎn)角度，最后高速電子擊打屏幕上的磷光物質(zhì)使其發(fā)光，通過電壓來調(diào)節(jié)電子束的功率，就會在屏幕上形成明暗不同的光點(diǎn)形成各種圖案和文字。第176頁/共193頁彩色顯像管屏幕上的每一個像素點(diǎn)都由紅、綠、藍(lán)三種涂料組合而成。由三束電子束分別激活這三種顏色的磷光涂料，以不同強(qiáng)度的電子束調(diào)節(jié)三種顏色的明暗程度就可得到所需的顏色。倘若電子束瞄準(zhǔn)得不夠精確，就可能會打到鄰近的磷光涂層，這樣就會產(chǎn)生不正確的顏色或輕微的重像，因此必須對電子束進(jìn)行更加精確的控制。

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三、記錄儀器通常采用兩種形式:筆式記錄磁記錄

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(一)筆式記錄1、筆偏轉(zhuǎn)式記錄器（描筆偏轉(zhuǎn)式記錄器）:用經(jīng)過放大器放大的被測信號控制描筆，直接在記錄紙上沿時間軸進(jìn)行記錄。描筆也叫電動筆。第179頁/共193頁在永久磁鐵的磁場中放一個可動線圈，線圈和記錄筆連在一起。當(dāng)有被測信號電流通過線圈時，線圈受到轉(zhuǎn)動力矩作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度決定于信號電流大小。在線圈轉(zhuǎn)動的同時，與轉(zhuǎn)軸相連的游絲立即產(chǎn)生一個反力矩，當(dāng)兩個力矩平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動。記錄紙則勻速地在描筆下運(yùn)動，記錄紙的運(yùn)動方向與描筆運(yùn)動方向互相垂直，因此記錄紙的運(yùn)動方向代表時間軸，描記的圖線即為被測信號隨時間的變化曲線。第180頁/共193頁墨水筆式記錄器：在使用時，描筆由墨水壺供給墨水，在專用記錄紙上記錄。熱筆式描筆：它的筆尖是用電阻絲做的，通電使它加熱。當(dāng)熱筆在特制的涂有一層臘膜的記錄紙上描記時，在熱筆與記錄紙接觸處臘膜融化，便留下描筆的運(yùn)動熱跡。第181頁/共193頁

2、自動平衡記錄儀

這種記錄器是由被測信號控制描筆或指針移動，而不是偏轉(zhuǎn)，它實(shí)際是一個隨動系統(tǒng)。根據(jù)補(bǔ)償方式的不同，這種記錄儀可分為電位差型自動平衡記錄儀電橋型自動平衡記錄儀

XY記錄儀第182頁/共193頁

(1)電位差型自動平衡記錄儀

調(diào)制放大器的一端接被測信號Ui，另一端接到電位器R的滑動臂上。直流電源E與電位器R組成電位差計式補(bǔ)償電路。輸入信號與電位器有一公共端，因此放大器的實(shí)際輸入為Ui-Ur