第一章医学电子仪器与基础电子电路.ppt

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1、第一章医学电子仪器与基础电子电路医学电子仪器的特点医学电子仪器的分类半导体器件的基础知识生物医学放大电路电子振荡电路直流稳压电路数字逻辑电路1.4生物医学放大电路放大器的一般概念放大器的主要功能是不失真地放大电信号。如雷达、电视、广播等接收到的信号都十分微弱，经放大器放大后才可显示、量测和做其他处理。又如自然界许多待测、待控的非电物理量，如温度、压力、位移、声音等，经换能器（也称传感器）变换为电量后也需要放大器放大。可以说，放大器是电子设备中必不可少的最常用、最基本的单元电路。放大器一般由多级构成，前面若干级为前置电压放大器，用于放大信号电压，最后是功率放大器，用于得到较大的

2、信号功率去驱动负载，如继电器、扬声器、仪表、电机等。放大器根据用途可分为电压放大器和功率放大器，根据工作频率放大器又可分为直流放大器和交流放大器。此外，根据电路结构还可分为分立元件放大器和集成放大器，目前，在直流及中、低频范围，集成放大器的应用最为广泛。“放大”的实质是用微弱的（信号）能量控制较大的能量传输。由于集成电路的普遍应用，针对放大器而言，人们越来越关注它们的外部特性，即输入输出特性。各种放大器均可用双端口电路框图表示。图中，US、IS及RS表示需要放大的信号，Ui表示放大电路的输入电压，UO表示输出电压，RL表示放大器所驱动的负载电阻。为描述和评价放大器性能的优劣，

3、引入了输入电阻、输出电阻、电压放大倍数、通频带一些动态性能指标。1.输入电阻ri放大器对于信号源而言，相当于一个负载，在中频范围内可等效为一个电阻，即为输入电阻ri，ri=Ui/Ii。放大器工作时必须从信号源取电流，所取电流的大小表示了放大器对信号源的影响程度，当信号源内阻为Rs时，Rs与输入电阻形成分压器，即Ui/Us=ri/(Rs+ri)，显然，输入电阻ri越大，放大器从信号源所取电流越小，Ui越接近Us，因此输入电阻ri越大越好。2.输出电阻ro放大器对负载而言，相当于一个信号源），根据等效电源定理，放大器的输出特性可等效为一个电压源，其内阻即为放大器的输出电阻，用ro

4、表示。对于负载而言，放大器的输出电阻ro越小，负载电阻的变化对输出电压Uo的影响越小，放大器带负载能力越强，因而总希望ro越小越好。3.电压放大倍数Au电压放大倍数Au是衡量放大器放大能力的一个指标，规定输出电压的变化量与输入电压的变化量之比为电压放大倍数Au，即Au=△Uo/△Ui，当放大电路电流电压为正弦量时，电压放大倍数就是输出电压相量与输入电压相量之比，即Au＝U0/Ui=Au∠φ。综上所述：电压放大倍数Au是评价放大器放大能力的一个主要指标，为了减小信号内阻Rs对放大倍数的影响，应尽可能提高输入电阻。为减小负载电阻RL对放大倍数的影响，应尽可能减小输出电阻ro。因此

5、对电压放大器的基本要求是要有足够高的电压放大倍数和尽可能不失真的输入信号的变化。生物医学信号的特点及对放大器要求携带生物信息的信号称为生物信号。其中生物电信号是由于人体内各种神经细胞自发地或在各种刺激下产生和传递的电脉冲，肌肉在进行机械活动时也伴有电活动所产生的信号，如心电、脑电、肌电等。非生物电信号是由于人体各种非电活动产生的信号，如心音、血压波、呼吸、体温等。医学中还常通过在人体上施加一些物理因素的方法来获得生物信号，如各种阻抗图，它以数十千赫交流电通过人体的一定部位，获得阻抗或导纳变化的波形图；又如超声波诊断仪器，它向人体发射脉冲式的超声波，通过回波方式获得的生物信号。

6、另外还有通过在体外检测人体样品的仪器、生理参数遥测仪器和放射性探测仪器等获取的生物信号。上述诸多的生物信号被统称为生物医学信号。生物电信号的频带主要在低频和超低频范围内，因此要求放大器有较低的频响，甚至是直流放大器。通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏级甚至微伏级，而普通的电子元件的噪声相当于数微伏无规则电压，为了使生物电信号不被噪声淹没，放大器的前级必须选用高质量的电阻和电容，低噪声的场效应管，电源也要采取特殊稳定的措施。另外生物电信号的整个频带中要求放大器的放大倍数稳定、均匀，在信号幅度范围内具有良好的线性。对于生物电放大器来讲，电压放大倍数一般都较高。放大倍数越高，保持稳

7、定就越困难。为了使输出波形不失真，必须采取一定的电路技术，如负反馈放大技术。生物体的阻抗很高，这意味着生物信号源不仅输出电压幅度低，而且提供电流的能力也很差，因此要求生物电放大器的前级必须具有很高的输入阻抗，以防止生物电信号的衰减，但高输入阻抗易引入外界干扰，特别是市电50Hz的干扰。50Hz的市电干扰作为一种共模干扰，可以通过提高放大器的共模抑制比来抑制这种干扰。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，