医学电子仪器与基础电子电路

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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差动放大器（直流放大器）各种生物电信号中包含了频率很低的成分，还会遇到很多不变化或变化很慢的信号。这些直流或接近直流的慢变化信号不能用阻容耦合放大器进行放大，需要频带从零开始的直流放大器。直流放大器将面临两个问题：一是前级和后级的静态工作点互相影响，二是零点漂移问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放大，最后将掩盖正常的输出。而差动放大电路因其具有特殊的电路结构，能够有效地抑制零点漂移，被广泛应用于多级直接耦合放大电路的前置级。电路结构基本差动放大电路由

2、两个相同的共发射极放大电路组成。电路完全对称，即晶体管特性相同，电路参数也相同。电路中，ui1、ui2为分别加到两个输入端的输入信号电压，uo与uo1、uo2。都是输出信号电压，这些输入、输出电压信号可以是交流信号，也可以是直流信号。输入信号可以从两个输人端同时输入（双端输入），也可以从一个输入端输入（单端输入），输出信号可以从两个晶体管集电极之间取出（双端输出），也可以从一个晶体管的集电极取出（单端输出），根据实际需要，可灵活选择各种输入输出方式。抑制零点漂移在静态时，由于电路的对称性，两个晶体管的集电极电流相等，集电极电位也相等，所以输出电压:uo=UC1-UC2=0。当温度升高时，两管

3、的集电极电流都增大，集电极电位都下降了，且两边的变化量也相等，仍可保证uo=0。因此虽然针对每个晶体管而言都产生了漂移，但由于变化量的相等而互相抵消了，所以输出电压仍为零，这就完全抑制了零点漂移。这是该电路对称性带来的突出优点。信号输入方式(1)共模输入输入两个电压大小相等、极性相同的输入信号称为共模输入。此时，因电路结构对称，两管集电极电位的变化大小相等，极性相同，所以在双端输出电压uo保持为零。可见，在电路完全对称的理想情况下，差动放大器在输入共模信号时不产生输出电压。这时的电压放大倍数定义为共模电压放大倍数Ac，即Ac=Uo/Uic。理想情况下，差动放大电路的共模电压放大倍数为零。但实

4、际上电路完全对称是很难做到的，所以实际的差动放大电路的共模电压放大倍数是一个很小的数。差动放大电路因温度变化或电源波动，引起两管集电极电位的变化，可看成是在输入端施加了等效的共模信号。因此，电路的对称性越好，抑制零漂的能力越强；抑制共模信号的能力越强，共模电压放大倍数就越小。即差动放大电路的共模电压放大倍数越小，其抑制零漂的能力就越强。(2)差模输入输入两个电压的大小相等、极性相反的输入信号称为差模输入。若设ui1=(1/2)uid，ui2=-(1/2)uid，则ui1-ui2=uid，此时，两晶体管电流和集电极电位的变化是相反的。在双端输出时，输出电压的变化量是每个管子集电极电位变化量的两

5、倍。当输入差模信号uid、输出电压Uo时，两者之比即为差模放大倍数，用Ad表示。设单管放大电路的电压放大倍数为A1，则：上式表明，用两个晶体管组成的差动放大电路，双端输出时的电压放大倍数与单管共发射极放大电路的电压放大倍数相同。实际上这种电路是以牺牲一个管子的放大作用为代价换取了对零漂的抑制能力。(3)任意信号输入两个输入信号电压既非共模又非差模，其大小和极性都是任意的，称为任意信号输入。针对这种信号通常是将它们分解成既包含有差模信号分量，又包含有共模信号分量的合成信号。通过差动放大电路后，其共模信号分量受到抑制，而差模信号分量才能得到放大，即体现了差动放大电路在输入信号有差别时，才动作（放

6、大）的特点。共模抑制比为了说明差动放大电路抑制共模信号和放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为衡量指标，其定义为：差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数Ac的模值之比。记作CMRR，即：共模抑制比越大，放大电路的性能就越好。【小结】1.放大电路的实质是用小信号控制大信号，以实现信号放大作用。对于放大电路的分析包括静态分析和动态分析两个方面。静态分析用来确定放大电路的静态工作点。动态分析通常采用估算法和图解法来分析放大电路的工作状态、非线性失真，确定动态范围和最佳工作点。2.共发射极电路具有较大的电压放大倍数、较小的输入电阻和较大的输出电阻。多级放大电路由单级放大电路级联组成，级间常采用阻容耦

7、合和直接耦合的连接方式。【小结】3.直接耦合放大电路既可以放大交流信号，又可以放大缓慢变化的信号。零点漂移是其突出问题。差动放大电路用来放大差模信号，抑制共模信号。4.放大电路存在非线性失真（截止失真和饱和失真）等现象，可通过选择元件参数、设置合适的工作点、采用一些稳定工作点的措施、减小输入信号等方法来削弱和消除。运算放大器传统的放大器是分立元件的。随着半导体制造技术快速发展，20世纪60年代初出现了集成电路