生物醫(yī)學(xué)常用放大器

關(guān)于生物醫(yī)學(xué)常用放大器第1頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從人體獲得的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)濾波、放大、顯示等一系列處理過(guò)程，才能為醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷提供可靠的客觀依據(jù)。本章在前面放大電路基本原理的基礎(chǔ)上，首先介紹生物電信號(hào)特點(diǎn)、頻譜及常用的幾種濾波電路，然后重點(diǎn)討論負(fù)反饋放大器、直流放大器的工作原理及特點(diǎn)，最后簡(jiǎn)述功率放大器。第2頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本內(nèi)容：

1、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)及其頻譜

2、負(fù)反饋放大器

3、直流放大器

4、功率放大器第3頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)及頻譜非生物電信號(hào)：是由于人體各種非電活動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，如心音、血壓波、呼吸、體溫等。生物信號(hào)：攜帶生物信息的信號(hào)。生物電信號(hào)：是由于人體內(nèi)各種神經(jīng)細(xì)胞自發(fā)地或在各種刺激下產(chǎn)生和傳遞的電脈沖，肌肉在進(jìn)行機(jī)械活動(dòng)時(shí)也伴有電活動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)，如心電、腦電、肌電等。第4頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

醫(yī)學(xué)中還常通過(guò)在人體上施加一些物理因素的方法來(lái)獲得生物信號(hào)，如各種阻抗圖，它以數(shù)十千赫交流電通過(guò)人體的一定部位，獲得阻抗或?qū)Ъ{變化的波形圖；又如超聲波診斷儀器，它向人體發(fā)射脈沖式的超聲波，通過(guò)回波方式獲得的生物信號(hào)。另外還有通過(guò)在體外檢測(cè)人體樣品的儀器、生理參數(shù)遙測(cè)儀器和放射性探測(cè)儀器等獲取的生物信號(hào)?！o助產(chǎn)生第5頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)第6頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、頻帶范圍

DC---

幾KHZ

直流放大器頻率低頻帶寬 （放大低頻信號(hào)）一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)第8頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、信號(hào)弱（幅度低）高放大倍數(shù)、低噪聲

μV—mV 3、內(nèi)阻大輸入級(jí)高輸入阻抗

MΩ級(jí)4、信噪比低噪聲（干擾）來(lái)源：生物體內(nèi)部、空間電磁干擾、放大器、電源。一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)第9頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、生物醫(yī)學(xué)放大器的基本要求1、高放大倍數(shù)2、高輸入阻抗3、高共模抑制比4、低噪聲5、低漂移6、適當(dāng)?shù)念l響第10頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第二節(jié)負(fù)反饋放大器第11頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、反饋的概念凡是將放大電路輸出端的信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號(hào)迭加，就稱(chēng)為反饋。若引回的信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，就稱(chēng)為負(fù)反饋。若引回的信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)，就稱(chēng)為正反饋。這里所說(shuō)的信號(hào)一般是指交流信號(hào)，所以判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的相位關(guān)系，同相是正反饋，反相是負(fù)反饋。第12頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月取+加強(qiáng)輸入信號(hào)正反饋用于振蕩器取-削弱輸入信號(hào)負(fù)反饋用于放大器負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；穩(wěn)定放大倍數(shù)；提高輸入電阻；降低輸出電阻；擴(kuò)展通頻帶。反饋框圖：放大器A輸出Xo開(kāi)環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)F±疊加反饋信號(hào)實(shí)際被放大信號(hào)輸入XiXdXf第13頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、負(fù)反饋的基本類(lèi)型（一）電壓反饋和電流反饋1、電壓反饋：反饋信號(hào)取自輸出電壓信號(hào)。判斷：設(shè)輸出電壓為零（輸出端短路），反饋信號(hào)也為零。2、電流反饋：反饋信號(hào)取自輸出電流信號(hào)。判斷：設(shè)輸出電壓為零（輸出端短路），反饋信號(hào)不為零。根據(jù)反饋所采樣的信號(hào)不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。第14頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)反饋信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。1、串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)（反饋電壓信號(hào)與輸入信號(hào)電壓比較）（二）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋ufuiubeube=ui-uf串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大。第15頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月iifibib=i-if2、并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)，(即反饋信號(hào)電流與輸入信號(hào)電流比較。)并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。第16頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）正、負(fù)反饋的判斷采用瞬時(shí)極性法判斷，具體步驟為：事先假定放大器的輸入端對(duì)地加一個(gè)正的輸入信號(hào)，然后按照放大器的組態(tài)逐極判斷出各個(gè)相關(guān)點(diǎn)的極性，直至輸出信號(hào)的極性，然后判斷反饋信號(hào)的極性，確定是正反饋還是負(fù)反饋。第17頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）四種形式的負(fù)反饋放大電路

關(guān)于負(fù)反饋的方式來(lái)看：當(dāng)反饋信號(hào)取自輸出電壓的時(shí)，稱(chēng)電壓負(fù)反饋；當(dāng)反饋信號(hào)取自輸出電流時(shí)，稱(chēng)電流負(fù)反饋。從反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的連接方式來(lái)看：當(dāng)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是串聯(lián)在一起控制輸入信號(hào)電壓大小的，稱(chēng)為串聯(lián)負(fù)反饋；與輸入信號(hào)是并聯(lián)在一起控制輸入信號(hào)電流大小的，稱(chēng)為并聯(lián)負(fù)反饋。歸納起來(lái)，負(fù)反饋共有四種方式，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋。第18頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋+UCCC1RB1REC2RB2ubeufui在輸入回路中，Re上的反饋電壓與加在三極管基極上的輸入信號(hào)電壓是串聯(lián)關(guān)系，相加的結(jié)果是基極上輸入電壓的變化量相應(yīng)減少，所以是負(fù)反饋。＋＋第19頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)有無(wú)反饋

反饋元件:Re

xf=uRe=uo

xf=uo

電壓反饋(全反饋)(2)是何種反饋

xi′=xi-xf

方法：瞬時(shí)極性法假定某一時(shí)刻xi

的極性，找出xf的極性,

xi′=xi-xf

負(fù)反饋

xi′=ubexi=uixf=uRe

設(shè)

ui

上+→ib上+→uRe

上+，ube=ui-uRe

是負(fù)反饋C1RbC2+ECuiuoReRL第20頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸入端:xi、xi′、xf

在一個(gè)回路,串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋（4）穩(wěn)定uo過(guò)程

設(shè)ui

不變uo↑

uo↑→uRe↑→ube↓=ui-uRe→ib↓→ic↓（3）是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋uo(↓)第21頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電流串聯(lián)負(fù)反饋+UCCRCC2C1RB1RERB2ubeufuiube=ui-uf

＋＋在輸入回路中，Re上的反饋電壓與加在三極管基極上的輸入信號(hào)電壓是串聯(lián)關(guān)系，相加的結(jié)果是基極上輸入電壓的變化量相應(yīng)減少，所以是負(fù)反饋。第22頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+UCCC1RFREC2Rc＋-3.電壓并聯(lián)負(fù)反饋uiRsibificAii＝if+ib

if與ii

是并聯(lián)關(guān)系

第23頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.電流并聯(lián)負(fù)反饋第24頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響基本放大電路A反饋回電路F+–uoufu’iui——開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)——反饋系數(shù)——凈輸入信號(hào)1.降低放大倍數(shù)第25頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——閉環(huán)放大倍數(shù)放大倍數(shù)降低了

倍1+AF稱(chēng)為反饋深度第26頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性如果反饋深度很深，則有1+AF>>1,所以：所以對(duì)于深度負(fù)反饋，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性大大提高。第27頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.改善波形失真Auiuo加反饋前加反饋后ufuiAF+–改善uo注意：只對(duì)放大器本身引起的失真有效，對(duì)原本就失真的波形無(wú)效。第28頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.展寬通頻帶

頻帶的限制是由于放大器在不同頻率上放大倍數(shù)發(fā)生變化而造成的。而在加入負(fù)反饋后，排除了放大倍數(shù)與放大器中與頻率有關(guān)因素的影響。這樣可以使負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)都與頻率無(wú)關(guān)。放大倍數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，所以頻帶就展寬了。第29頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.對(duì)輸入和輸出電阻的影響(1)串聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻增加：(2)并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻減?。?3)電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻減?。?4)電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻增加：第30頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)物血壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

×xo血壓壓力感受器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)xi

輸入xi′

xf

頸動(dòng)脈竇第31頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器第三節(jié)直流放大器第32頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、直流放大器需要解決的兩個(gè)問(wèn)題：⒈各級(jí)間的耦合問(wèn)題：⒉零點(diǎn)漂移的問(wèn)題：第33頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增加R2

、RE2

:

用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)。問(wèn)題1:前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合電路的特殊問(wèn)題第34頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問(wèn)題2:零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的零漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)ui

等于零時(shí)，

uo不等于零。uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2第35頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、差分放大器(differentialamplifier)1.預(yù)備知識(shí)ui1ui2放大電路uo差模信號(hào)（differential-modesignal）:兩個(gè)信號(hào)的大小相等、極性相反。（有用信號(hào)）共模信號(hào)(common-modeinputsignal)：兩個(gè)信號(hào)的大小相等、極性相同。（噪聲和干擾信號(hào)）。第36頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電路結(jié)構(gòu)

T1和T2參數(shù)相同，具有相同的溫度特性和靜態(tài)工作點(diǎn)，電路具有對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。成為雙端輸入—雙端輸出差分放大器。第37頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：第38頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.差分放大器對(duì)信號(hào)的放大作用（1）共模信號(hào)輸入uo=uC1-uC2＝0ui1

=

ui2

第39頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)際電路中共模信號(hào)就是干擾或者是不需要的信號(hào).理想情況下，兩路的共模信號(hào)電壓相同，經(jīng)過(guò)取差，輸出電壓為零，即沒(méi)有輸出。在實(shí)際電路中，兩個(gè)電路很難完全對(duì)稱(chēng)，兩路集電極輸出電壓不同，故還是有一些輸出uoc，此時(shí)放大倍數(shù)表達(dá)式為：

AC為差分放大器的共模電壓放大倍數(shù)，uC為共模輸入電壓，可見(jiàn)共模放大倍數(shù)愈小愈好。第40頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）差模信號(hào)輸入ui1

=-

ui2

uo=uC1-uC2不為零第41頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)輸入端上加一信號(hào)電壓uid時(shí)，T1管和T2管的基極上分別加上ui1=uid/2和ui2=-uid/2，輸入電壓大小相等相位相反，稱(chēng)差模輸入(differentialinput)。由于兩管參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，兩管對(duì)輸入信號(hào)具有同樣放大作用，T1、T2管輸出電壓分別為：mn第42頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從兩個(gè)集電極間輸出電壓為：因?yàn)椴顒?dòng)放大器的放大倍數(shù)Ad定義為uod／uid，故可得式中RC、rbe、β可為電路任一側(cè)參數(shù)，差模輸入信號(hào)是所要放大的有用信號(hào)，因此差模放大倍數(shù)愈大愈好。mn第43頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

RE對(duì)差模信號(hào)無(wú)電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，只?duì)共模信號(hào)有電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫绠?dāng)溫度變化引起一系列反饋過(guò)程如下：三、改進(jìn)型的差分放大器1、具有射極公共電阻的差動(dòng)放大器第44頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于RE在電路中起到了電流負(fù)反饋的作用，所以RE的阻值越大越好，但是過(guò)大的RE使得放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)降低，所以外接負(fù)電源EE的作用是補(bǔ)償RE兩端的直流壓降，使電路獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。第45頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）直流分析（電路對(duì)稱(chēng)）Rp

Rp為調(diào)零電位器，來(lái)調(diào)節(jié)電路不對(duì)稱(chēng)帶來(lái)的影響。但是Rp的阻值很小，分析靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)可以略去。第46頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.靜態(tài)工作點(diǎn)

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+ECRB2RC1RB1I1I2IB1T1EERE第47頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.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)]}第48頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同理Ad2=Ad1雙端輸出電壓為u