生物医学常用放大器
生物电放大器—心电图(ECG)前置放大器
昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（2016 —2017 学年第一学期）课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016.12.28一、实验目的1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理；2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响；3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。
二、实验原理三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。
图2-1 心电图（ECG）前置放大器原理图如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A1、A2、A3的理想特性，R5、R6、R7中的电流相等，得到622721511R U U R U U R U U o i i i i o -=-=- 从而导出（R6=R5）)()(217511i i i o U U R R U U -=- )()(2175022i i i U U R R U U -=- 以上二式相加得))(21()(217521i i o o U U R R U U -+=- 由于)(21810o o o U U R R U --= 则其差模增益为)21(7581012R R R R U U U A i i o d +=-= 只要调节R7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。
三、实验内容及步骤1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路。
2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中。
模拟输入 输出示波器（波形） 万 用 表 交流档 直流档正弦波100μV/50H z2.2954mV 1.7997mV0V0 1.7998mV矩形波0.1mV/50H/90%0.6985mV0.2584mV 3模拟输入输出放大倍数放大倍数计算值正弦波100μV/50Hz2.2954mV22.95234；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。
第3章生物医学常用放大器ppt课件-PPT课件
第三章 生物医学常用放大器
判定方法：
在直流通路中，如果有反馈存在，则为直流反馈。 在交流通路中，如果有反馈存在，则为交流反馈。 如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为 交、直流反馈。 电路特点:(1)反馈网络中串接隔直电容，可以隔断 直流，反馈只对交流起作用。
(2)如果在起反馈作用电阻两端并联旁路
X d 净输入信号 X f 反馈信号
Xo
A F
输出信号 无反馈时的放大倍数 反馈网络的反馈系数
（1）由基本放大电路和反馈网络两部分组成。 （2）反馈信号与输入信号在放大器的输入端叠加。
X X X （3）基本放大器的净输入信号 d i f
第三章 生物医学常用放大器
（二）反馈的类型及其判定方法
第三章 生物医学常用放大器
（一）电压串联负反馈 电路如图所示（射随器） 反馈类型分析如下： Re 介于输入输出回路 之间，有反馈存在。 反馈电压 uf= uo ， 反馈量 与 输出电压有关，为电压 反馈。
C1 + + ui
–
Rb + ud
–
+UCC + C2 + uf
–
Re
+ RL uo
–
从输入端来看：ud = ui –uf，以电压形式相加减， 故为串联反馈。
1.正反馈和负反馈 正反馈：反馈使净输入信号增加，使输出量增大。 负反馈：反馈使净输入信号减小，使输出量减小。 判定方法：采用瞬时极性法. （1）在放大器的输入端，假定输入信号电压ui处于某 一瞬时极性。如用“＋”号。 （2）按照电压信号传输方向，根据放大器基-射同 相，基-集反相原则，判断反馈信号uf瞬时极性。 （3）如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为 负反馈；反之为正反馈。
微安电流放大电路
微安电流放大电路
微安电流放大电路是一种常见的电路设计，它用于放大微弱电流信号，使其变得更加明显和可读。
该电路主要由放大器、反馈电阻和输入信号电阻组成。
其中，放大器是整个电路的核心，其作用是将微弱的电流放大到足够的电平以便进行后续处理。
在微安电流放大电路中，反馈电阻会将放大后的信号反馈回放大器中，以控制电路的整体增益和稳定性，从而实现精确的微安电流放大。
而输入信号电阻则是为了保护放大器，可使用LDO、运放等元件进行调节，以便更好地控制电路的负载。
微安电流放大电路广泛应用于各种领域，如生物医学、通信、气象、环境监测等方面。
其中，生物医学领域中，微安电流放大电路被用于测量微弱的生物电信号，如脑电波、心电图等，从而帮助医生准确地诊断病情，进行治疗。
而在通信领域中，微安电流放大电路作为前级放大器，用于接收微弱的信号，提高通信质量和传输距离。
总之，微安电流放大电路作为一种重要的电路设计，在各种应用场景中均有广泛使用，为各行各业提供了精确的微弱电流放大和信号增益支持。
第三生物医学常用放大器演示文稿
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f0
fHfL21RCQ
fHfL fHfL
中间频率即陷波频率f0和Q值，经理论证 明分别由上式给出。
中间频率不受负载影响。当接上负载后， Q值一般比输出端开路时要低。另外，由于电 阻和电容总有些误差，各个电阻和电容不能 严格保持图中标示的比值(或等值)，在中间频 率处的传输系数将不等于零。因而品质因数 也低于理论值。
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生物电信号的信噪比较低，这是由于生物体内 各种无规律的电活动在生物电信号中形成噪声，有 些生物电信号被其他更强的电活动所淹没，如希氏 束电图H波，只有1～10μV，比心电信号弱得多， 再有胎儿心电信号的幅度约为5μV，比母体心电 信号弱很多，使噪声电压超出生物电信号电压。 当无用信号掩盖了有用信号时，提取这些电信号 就需要借助于微弱信号检测技术。
具体电路有高通和低通滤波，带通和带 阻滤波，双T滤波和50Hz陷波等。
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一. 高通滤波
高通滤波只允许信号中高频成分顺利通过，且衰减很小，
而消除或减弱低频噪声。电压传输函数为：
Tf U U R f f
R
R2(1/C)2
RC 1(R)C 2
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一. 生物电信号的特点及其放大器
生物电信号的频带主要在低频和超低频范
围内，各种生物电中包含了频率很低的成分。在第 二章中介绍的阻容耦合多级放大器很难通过这种频 率的信号，所以本章将介绍适应这种频率特点的直 流放大器。
可见，高频脉冲的频 谱形状是由脉冲频谱决定 的，高频脉冲的频谱位置 是高频振荡频率来决定。
第二章生物医学信号放大
−
R F (1 − δ ) U R 1 (1 + δ )
iC
R 1 (1 − δ )
V OC R 1 (1 + δ )
GND
+ [1 +
R F (1 − δ R 1 (1 + δ
)]⋅ )
R 1 (1
R F (1
−δ)+
+δ
RF
) (1
+
δ
)
⋅U
iC
=
RF R1
⋅
4δ
(1 − δ ) + R F
U iC
EEG >10M <3μV >80dB 0.5~70
VEP >200M <0.7μV >100dB 0.5~3k
EMG >100M <8μV >80dB 2~10k
2.1.2 差动放大电路分析方法
1、在外电路匹配的条件下：Ad
=
RF R1
2、外电阻失配造成的CMRRR
CMRRR
=
1+ Ad
4δ
3、整个放大电路的共模抑制比CMRR
(1 +
2
R
' F
RW
)
2、第一级的共模输入: UiC
U OC
= ( U iC CMRR 2
−
U iC CMRR1
)
Ad 1
AC1
=
U OC U iC
=( 1 CMRR 2
−
1 CMRR1
)
Ad 1
CMRR12
=
Ad 1 AC1
=
CMRR1 ⋅ CMRR2 CMRR1 − CMRR2
3生物医学常用放大器详解
反馈框图：
实际被放大信号
输入Xi
叠加 Xd
±
放大器A
反馈
信号 反馈网络F Xf
开环 输出Xo
闭环
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。
3.电压并联负反馈
+UCC
if
＋
RF
ui Rs C1 A ib
Rc
-
C2
ic
RE
ii＝ 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
1.降低放大倍数
+
ui –
u’i 基本放大
电路A
uo
uf 反馈回电
.
路F
A
Xo
.
——开环放大倍数
Xd
.
F
X
.
f
——反馈系数
共模信号(common-mode input signal)：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
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：
uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
低频电压放大器介绍
低频电压放大器介绍低频电压放大器是一种专门用于放大低频信号的电子设备。
它通常由几个关键部件组成，包括输入阻抗、放大电路、输出阻抗以及功率放大器。
低频电压放大器广泛应用于各种领域，包括音频放大、生物医学仪器、工业控制以及通信系统等。
下面将对低频电压放大器进行详细介绍。
一、输入阻抗输入阻抗是指电路对于输入信号源的电阻。
低频电压放大器的输入阻抗较高，通常在几百到几百千欧姆之间。
这是因为低频信号源的内阻相对较高，如果输入阻抗过低，会导致信号损失和失真。
因此，输入阻抗的设计是确保低频信号能够有效传输的重要因素之一二、放大电路低频电压放大器的核心组成部分是放大电路。
放大电路可以通过放大输入信号的电压幅度来提高信号的强度。
根据应用的需求，低频电压放大器可以采用不同的放大电路设计。
常见的放大电路类型包括共射极放大电路、共基极放大电路和共集极放大电路等。
这些电路在不同的工作条件下都具有一定的优势和限制。
三、输出阻抗输出阻抗是低频电压放大器对外输出时产生的电阻。
输出阻抗较低有助于提高输出信号的传输效率和保持信号的完整性。
因此，低频电压放大器通常会设计输出阻抗较低，以确保输出信号的质量和稳定性。
四、功率放大器低频电压放大器通常通过功率放大器来增加输出信号的功率。
功率放大器可以将低频信号放大到足够大的功率水平，以满足不同应用场景的需求。
常见的功率放大器包括晶体管放大器、场效应管放大器和集成放大器等。
这些功率放大器具有不同的工作特性和应用范围，可以根据具体需求来选择合适的功率放大器。
五、应用领域低频电压放大器在各个领域都有广泛的应用。
在音频放大领域，低频电压放大器常用于音响设备、录音设备以及音频信号处理中。
在生物医学仪器方面，低频电压放大器可以用于心电图、脑电图以及生物传感器等医疗设备中。
在工业控制方面，低频电压放大器可以用于物料检测、温度控制和电力系统等自动化控制设备中。
在通信系统方面，低频电压放大器可以用于信号传输和数据处理等应用中。
医学电子学基础五年制教学大纲(36学时)
《医用电子学基础》五年制教学大纲课程编号：20课程名称：《医用电子学基础》英文名称：《Medical Electronics》课程类型：学科基础课总学时： 36学时讲课学时： 36学时实验学时：0学时学分：2学分适用对象：医学影像学医用电子学基础是医学影像学专业的一门重要的专业基础课。
随着电子技术的高度发展并越来越多地引进医学领域，形成电子技术与医学的相互交叉、相互渗透。
日益增多的现代生物医学仪器，已成为医学临床诊断、治疗、检验、影像、护理、康复等不可缺少的工具和手段。
由于医用电子学基础的内容极其丰富，所涉及的学科范围相当广泛，本大纲本着从实际出发的原则，在加强基本概念、基本分析方法的基础上以分立元件为基础，突出集成电路的运用。
力求使学生通过学习后借助医学仪器说明书能理解电路原理图，正确使用仪器，充分开发仪器的功能，并为进一步学习现代医学诊疗仪器、分析仪器、检验仪器打下基础。
第二章基本放大电路目的要求：一、掌握：1、半导体二极管的单向导电性。
2、半导体三极管的放大作用，截止、放大、饱和三种状态；3、共发射级放大器静态工作点的估算法及图解分析法。
二、熟悉晶体二极管的伏安特性及主要参数、晶体三极管的输入输出特性、多级放大器、直流通路、放大器的性能指标。
三、了解晶体管的主要参数、频率特性。
学时安排: 10学时教学内容：一、基本概念或关键词：半导体、本征半导体、杂质半导体、放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、通频带、非线性失真等。
二、主要教学内容：1、晶体二极管：（1）半导体的导电特性；（2）PN结及其单向导电性；（3）晶体二极管及其特性；（4）特殊二极管。
2、晶体三极管：（1）晶体三极管的结构；（2）晶体三极管的放大作用；（3）晶体三极管的特性曲线；（4）晶体三极管的主要参数。
3、基本放大电路：（1）放大电路的基本概念；（2）基本放大电路及其工作状态分析；（3）放大电路性能指标的计算；（4）静态工作点稳定电路；（5）多级放大电路。
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负反馈放大器的一般关系
放大：
Ao
Xo
Xd
反馈：
F
Xf
Xo
闭环放大倍数：
迭加：
Xd Xi Xf
AF=Xo / Xi =Xo =1 =
/ (Xd+ Ao
Xf)=
Xo
/
(
Xo Ao
1 +F Ao
1+AoF
+ XoF)
负反馈放大器的闭环放大倍数 Ao
AF= 1+ AoF
当Ao很大时,AoF»1,
负反馈(negative)：若引回的信号削弱了输入信号， 就称为负反馈。
正反馈(positive)：若引回的信号增强了输入信号， 就称为正反馈。
反馈 输入
实际被放大信号
迭加 ±
放大器
反馈
信号 反馈网络
开环 输出
闭环
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
2、反馈放大器的组成
反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入 信号以电流形式作比较，称为并联反馈。
串联反馈使电路的输入电阻增大， 并联反馈使电路的输入电阻减小。
负反馈的类型
电压串联负反馈
交流反馈 负 反 馈
电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
直流反馈 稳定静态工作点
运算放大器电路反馈类型的判别方法：
一般说来，根据反馈信号在放大电路 输出端连接方式的不同，可以分为电压反 馈和电流反馈。
负反馈框图：
差值信号
放大：
Ao
Xo
Xd
Xi
输入信号
+ –
Xd
Xf
迭加：
Xd Xi Xf
反馈信号
基本放大电 路Ao
反馈网络 F
设Xf与Xi同相 负反馈放大器
AO称为开环 放大倍数
Xo 输出信号
反馈：
F
Xf
Xo
F称为反馈系数
AF=Xo / Xi
AF称为闭环放大倍数
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ui
K0
uo
uf
F
（ 2）电流串联负反馈
ui uf
K0
F
i0 uo
3.电压并联负反馈
ui
K0
uo
uf
F
（4）电流并联负反馈
ui
K0
uf
F
io uo
负反馈的4种组态
三、负反馈对放大性能的改善
• 直流反馈的作用是稳定静态工作点，对 放大电路的动态性能没有影响。
• 不同类型的交流负反馈将对放大电路的 性能产生不同的影响，是用来改善放大 器技术指标的主要方法和手段，也是本 章讨论的重点。
X i + X– f
X d 基本放大 X o
电路A
开环 放大倍数
A
X o X d
幅度范围
主要频率范围(Hz)
10μ V-5mV(典型值1mV) 0.05-80
10-200μ V(典型值50μ V) 0.5-100
20μ V-1mV
10-5000
36.0度-37.4度
0
• 特点： 1、幅度小。在μV与mV数量级。 2、频率低，且频带宽。在几KHz以内，
有的近似为直流。 3、噪声大，信噪比小。 4、输出阻抗高。高达几百千欧姆以上。
目的：稳 定静态工 作点
目的：改 善放大电 路的性能
能传递交流信号。
负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。
正反馈：反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。
在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生 自激振荡，使放大器不能正常工作。
在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。
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。
在许多实际的电子电路中均存在着某种类型的 反馈，反馈的概念和理论在工程领域得到了日益 广泛的应用。
本节从反馈的基本概念入手，对反馈进行分类， 分析负反馈对放大性能的影响。
一、 反馈的基本概念
1、反馈的定义
反馈（feedback):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。
AF
1 F
结论:当Ao很大时,负反馈放大器的闭环放大 倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。即 负反馈可以稳定放大倍数。
二、负反馈的基本类型
1、负反馈的分类 负反馈放大器的四种连接方式
反馈量 Xo
输入信号的连接方式
电流 Ic Ie 电压 Uo
串联 并联
(将反馈信号变为电压信号,与 输入电压Ui相减)
二、生物医学放大器的基本要求
• 1、采用高放大倍数放大器。有的高达106以上。 • 2、选用高阻抗放大器，提高电路的输入阻抗。 • 3、高共模抑制比。 • 4、采用低噪声放大器，提高电路的信噪比。 • 5、低漂移。 • 6、采用低频直流放大器，且应有较宽的频带。
第三节 负反馈放大器
反馈是电子技术领域中的一个重要概念，它 有正负之分。在放大电路的设计中，通常引入负 反馈来改善放大器的性能，通过正反馈构成各种 振荡器，产生各种波形信号。
(将反馈信号变为电流信号,与 输入电流Ii相减)
四种连接方式: (1)电流串联负反馈 (3)电流并联负反馈
(2)电压串联负反馈 (4)电压并联负反馈
反馈的分类
引入直流 引入交流
直流反馈：反馈只对直流 负反馈的 负反馈的
分量起作用，反馈元件只 能传递直流信号。 交流反馈：反馈只对交流 分量起作用，反馈元件只
如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。
电压负反馈具有稳定输出电压、 减小输出电阻的作用。
电流负反馈具有稳定输出电流、 增大输出电阻的作用。
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。
反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入 信号以电压形式作比较，称为串联反馈。
本章重点及难点： 1、生物医学信号有何特点？ 2、生物医学放大器的特点？ 3、负反馈的基本概念及对放大器性能的改善。 4、差分放大器对差模与共模信号放大的特点。
第一节 生物电信号的特点
生物 电信号
显示 电极 放大器 记录
生物医学 信号分类
生物非 电信号
换能器
一、生物电信号的基本特性
表3-1 生理指标 心电 脑电 肌电 体温
如果反馈信号取自输出端电压，称为 电压反馈；如果反馈信号取自输出电流， 称为电流反馈。
一般可假设将输出端交流短路，如果 这时没有反馈信号，则为电压反馈，反之 则为电流反馈。
根据反馈信号在放大电路输入端连 接方式的不同，可分为串联反馈和并联 反馈。
如反馈信号与输入信号在输入回路 串联即为串联反馈；如反馈信号与输入 信号在输入回路并联即为并联反馈。