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。
高共模电压运放
高共模电压运放高共模电压运放是一种在电路中常用的放大器。
它的功能是放大输入信号，并将放大后的信号输出。
它具有许多特点和应用领域。
让我们来了解一下什么是共模电压。
共模电压是指同时作用于运放输入端的两个信号的平均值。
在实际应用中，往往会有一些干扰信号，这些干扰信号会引入共模电压。
高共模电压运放就是为了处理这些共模电压而设计的。
高共模电压运放有一个重要的特点，就是它能够有效地抑制共模电压。
它通过差分放大器的结构，将输入信号分为差模信号和共模信号，然后只放大差模信号。
这样一来，干扰信号就可以被有效地抑制，从而得到纯净的输出信号。
高共模电压运放在许多领域中都有广泛的应用。
首先是在仪器仪表领域。
在仪器仪表中，经常需要对微弱的信号进行放大和处理。
由于环境噪声和干扰的存在，这些信号常常被淹没在噪声中。
而高共模电压运放能够有效地抑制噪声，提高信号的质量。
其次是在通信系统中。
在通信系统中，信号传输的质量对通信的可靠性和稳定性至关重要。
而高共模电压运放能够提高信号的信噪比，减少信号失真，从而提高通信质量。
高共模电压运放还广泛应用于生物医学领域。
在生物医学领域中，常常需要对微弱的生物信号进行放大和处理。
而高共模电压运放能够有效地抑制干扰信号，提高生物信号的质量，从而准确地捕捉到生物信息。
高共模电压运放是一种在电路中常用的放大器。
它能够有效地抑制共模电压，提高信号的质量。
它在仪器仪表、通信系统和生物医学领域等方面都有广泛的应用。
通过运用高共模电压运放，我们能够更好地处理信号，提高系统的性能和可靠性。
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。
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解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时 存在，来进行判别。
注意电容的“隔直通交”作用！
交、直流反馈
ui C1
Rf
－∞
+A +
R1
R2
C2
uo
交流反馈
7
第三章3.负生物反医学馈常与用放正大反器 馈
负反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小， 放大倍数减小。
正反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加， 放大倍数增加。
+VCC Rc
Cb2
T
RL
+
u
o
Re IC Ce
-
反馈——将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定 的方式送回到输入回路的过程。
4
第三章二生. 物几医学个常基用放本大器概念
1. 开环与闭环
正向传输——信号从输入端到 输出端的传输
反向传输——信号从输 出端到输入端的传输
反馈传输(通路)
（反馈网络）
4.低噪声
2.高输入阻抗
5.低漂移
3.高共模抑制比
6.合适的频带
3
第三章 生物医学常用放大器
3.2 反馈的基本概念
一、从一个例子说起
稳定工作点电路：
T IC IC
UE IB
UBE
UB一 Rb1 定 Cb1
+
+
u i
Rb2
输入量：ui、ube、ib
-
输出量：uo、uce、ic
+
正向传输——信号从输入端到输出端的传输
+
uf
-
R e1
本级反馈
T2 Cb2
+
RL uO
R e2
-
级间反馈
本级反馈
9
第三章 生物医学常用放大器
3.3 负反馈放大器的四种类型 负反馈类型有四种组态: 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
10
第三章 一. 生物医学常用放大器 电压串联负反馈
反馈电压：
uf
uo
R1 R1 R f
ui +
－
+
uo
ui R 1
Rf
+
uo
－
+
信号的正向传输
电路中只有正向传输，没有反向
传输，称为开环状态。
信号的正向传输
既有正向传输，又有反馈 称为
闭环状态。
5
第三章 生物医2学.常直用流放大反器 馈与交流反馈
直流反馈——若电路将直流量反馈到输入回路，则
称直流反馈。
该电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工
第三章 生物医学常用放大器
一、生物电信号的基本特性
1.生物信号的定义：携带生物信息的信号。 生物电信号：如心电、脑电、肌电等
分类： 非生物电信号：如体温、血压、呼吸等
注意：非生物电信号的采集需要合适传感器将 其转换成电信号。
1
第三章 生物医学常用放大器
2.生物电信号的特性
（1）频率特性：生物电信号的频带主要在低频和超 低频范围内。如脑电信号的频带集中在0.5Hz至 100Hz范围；心电信号的频带在0.05Hz至100Hz； 肌电信号的频带为10Hz至2KHz。
例：基本放大器，无反馈，净输
入量ube=ui，电压放大倍数为：
Au
β
R
L
rbe
+
RbR1 b1 CCb1b1
引入反馈后，净输入量ube =ui- uf ， 电压放大倍数为：
Au
rbe
βR
L
(1 β)Re
+
u i
+
u-i
Rb2
-
+
Rc
Rc
+uu+b+-bee -uf -
++VCVCCC CCb2b2
三.电流并联负反馈
反馈电流：
if
io
R Rf R
因为反馈量与输出电流成比例，所以是电流反馈。
又因为在输入端有:
R1
id = ii -if
故为并联负反馈。
+ ii u
i
根据瞬时极性判断是
作点Q。
交流反馈——若电路将
交流量反馈到输入回路， 则称交流反馈。 （如去掉电容Ce）
交流反馈，影响电路的
Rb1
Cb1
+
+
u i
Rb2
-
+VCC Rc
Cb2
T
RL
+
u
o
Re IiCc Ce
-
交流工作性能。
+
直 交流反馈
6
第三例章：生判物断医学下常图用中放大有器哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。
（2）幅值特性：生物电信号的幅度较小，只有毫伏 级甚至微伏级。如脑电信号在几微伏到几百微伏 变化，肌电信号在几微伏到几千微伏变化。
2
第三章 生物医学常用放大器
二、生物医学放大器的基本要求
基本要求：由于生物医学信号频率较低且频带较 宽、阻抗较高且幅度较低和信噪比较小的特点， 选用放大器有如下要求：
1.高放大倍数
TT
ic Re
RL
++
.
u
R
o L
-
uo -
可见，净输入量减小，放大倍数减小，所以是负反馈。 8
第三章 生物医学常用放大器
4.本级反馈与级间反馈
本级反馈——反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈——反馈存在于两级以上的放大器中
例
R c1 R b1
+VCC R c2
Cb1
+V
ui
-V
+ u be -
T1 Rf
因为反馈量与输出电压成比例，所以称电压反馈。
从输入端看，有：
ud = ui -uf
故为串联负反馈。
用“瞬时极性法”判断反馈极性：
假设某一瞬时，在放大电路的输入端 V
加入一个正极性的输入信号，按信号传 +
R
u
+ -d
+ －
A
∞
+
uo
V
输方向依次判断相关点的瞬时极性，直 ui
至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反
反馈电流：if
u uo Rf
uo Rf
因为反馈量与输出电压成比例，所以是电压反馈。
从输入端看有： id = ii -if
故为并联负反馈。
根据瞬时极性判断是
负反馈，所以该电路
R1
VCC_CIRCLE
为电压串联负反馈。 u i i1
if
Rf
id
－∞
A +
+
uo RVCC_CIRCL
L
13
第三章 生物医学常用放大器
分立电路电压并联负反馈
因为反馈电流：
if
ui uo Rf
uo Rf
反馈量与输出电压成比例，
所以是电压反馈。+源自在输入端有 id = ii -if u s
故为并联负反馈。
-
Rf
Rs
if
is
+
ui
ib
-
+VCC Rc
+
T RL uO
-
根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈
14
第三章 生物医学常用放大器
+
馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为 - u f R1
Rf
负反馈；反之为正反馈。
V-
根据瞬时极性判断是负反馈，所以该电路为电压串联负反馈
11
第三章 生物分医立学常电用路放大电器压串联负反馈
电压负反馈的特性——稳定输出电压
稳定过程： RL uO uf
ud(ube)
uO 负载变化时，输出电压稳定——输出电阻↓
R bR1 b1
R cR1 c1
+V+CVCCC R cR2 c2
ui一定
+
ui
-
CbC1 b1
+ +V V
ui
-VV
u+ub-+uef-ub-+ef-TR1TReR11f
R
e1
f
T2TC2bC2 b2
++
R LR L u Ou O
R eR2 e2
--
12
第三章 生物医学常用放大器
二.电压并联负反馈