文档介绍：第三章生物医学常用放大器
第一节生物医学信号的特点
一、生物电信号的基本特征
1、产生:心电、脑电、肌电
2、生物电信号特征
①频率特性:频率在0~几千Hz。
②幅值特性:信号弱
③噪声强。干扰信号
④信号源输出阻抗高
二、生物放大器的特点
针对生物电信号的特点,医学生物放大器应具备如下基本特点:
①有精确而稳定的放大倍数。反馈
②放大器前级应具有很高的输入阻抗。
③高共模抑制比。
④低噪声的场效应管。
⑤低漂移。放大器的频率和幅值与生物信号的频率和幅值很接近。
⑥适当的通频带。
第二节负反馈放大器
一、反馈(feedback)的基本概念
1、概念:
指将系统的输出量(电压或电流)的一部分或全部,通过一定的方式送回到输入端,并对输入和输出造成一定影响的过程。
2、分类:
①按照反馈极性可分为正反馈和负反馈
A、正反馈:反馈信号使放大电路净输入信号增加,从而使放大电路的输出信号比没有反馈时增大。
B、负反馈:反馈信号使放大电路净输入信号减少,从而使放大电路的输出信号比没有反馈时减小。
②按信号类型可分为直流反馈和交流反馈
A、直流反馈:反馈信号为直流量。
B、交流反馈:反馈信号为交流量。
③正负反馈判别
采用“瞬时极性法”:
在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极性为正或负(+或-),然后根据放大器各级电路输入端与输出端信号间的相位关系(同相或反相),标出电路各点的瞬时极性,再得到反馈端信号的极性,最后通过比较反馈端与输入端信号的极性来判断电路的净输入信号是加强还是减弱。
其具体判别法为:
当输入信号和反馈信号不在同一节点引入时,若两瞬时极性相同,则为负反馈,若两极性相反,则为正反馈。
当输入信号和反馈信号在同一节点引入时,若两瞬时极性相同,则为正反馈,若两极性相反,则为负反馈。
例:判断下列反馈是正反馈还是负反馈。
分析:(a)在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极性为“+”,由于信号从反相输入端输入,则输出端信号对地极性为“-”,经过反馈电阻Rf得到的反馈信号极性为“-”,如图所示。因输入信号和反馈信号不在同一节点引入,两信号极性相反,所以为正反馈。
(b)在放大器输入端假设输入信号在某一瞬时对地的极性为“+”,由于信号从同向输入端输入,则输出端信号对地极性为“+”,经过反馈电阻Rf得到的反馈信号极性为“+”,如图所示。因输入信号和反馈信号不在同一节点引入,两信号极性相同,所以为负反馈。
二、负反馈的基本类型
1、类型
根据反馈定义,反馈取样的对象可以是电压,也可以是电流,而反馈信号引回到输入端的连接方式可以是串联,也可以是并联,因而反馈有四种类型:
①电压串联反馈
②电压并联反馈
③电流串联反馈
④电流并联反馈
2、反馈类型的判别
①串联、并联反馈判定:
并联反馈:反馈信号与输入信号在同一节点引入,反馈信号和输入信号是以电流的形式进行比较。
串联反馈:反馈信号与输入信号不在同一节点引入,反馈信号和输入信号是以电压的形式进行比较。
3、应用:
例2:判别下列反馈类型。
②电压、电流反馈判定:
电压反馈:反馈信号为输出电压,反馈信号大小与电路的输出电压成正比。
电流反馈:反馈信号为输出电流,反馈信号大小与电路的输出电流成正比。
判别时也可采用使电路输出端短路,若反馈仍存在则为电流反馈,若不存在为电压反馈。
分析:(a)由于反馈信号和输入信号在同一节点引入,所以为并联反馈;若将输出端短路时,反馈信号将不存在,所以是电压反馈;此反馈为负反馈(如图所示)。故为电压并联负反馈。
(b)由于反馈信号和输入信号不在同一节点引入,所以为串联反馈;若将输出端短路时,反馈信号将不存在,所以是电压反馈;此反馈为负反馈(如图所示)。故为电压串联负反馈。
③特性:该类电路通常是用来从
给定的信号电压ui获得较大的输出
电流io.
A、转移跨导:GF= io/ ui
io=ic=ib
ui=ube+uF=rbeib+(ic+ib)Re= rbeib+(+1)ibRe
GF= io/ ui = /[rbe+(+1)Re]≈1/ Re
无反馈时: ui=ube = rbeib , G0= /rbe>GF
负反馈使GF减小,但使其更稳定。
三、四种类型负反馈放大电路
1、电流串联负反馈
①电路:如图所示。
②原理:
反馈信号与输入信号不在同一节点,同时极性相同,为串联负反馈;若将输出端短路,反馈仍存在,故为电流串联负反馈。
由GF= io/ ui 得io= GF· ui,因ui恒定,同时GF ≈1/ Re也恒定,故io恒定。
C、稳定放大倍数Au:
uo=ic·RL´=ib·RL´ (RL´ =RC∥RL)
AF=uo/ui= ic·RL´/ui