第三章内容生物医学常用放大器.ppt
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1、第三章 生物医学常用放大器,利用电子技术,可以把除了生物电以外的各种生理参数借助医用传感器变成易控制的电信号,进行放大、信号加工、A/D转换、显示和记录。这样就能比较方便地研究和观察生命过程的各种微妙变化,使得生命现象能够客观又定量地显示和计算。,由于人的机体是一极复杂的机构,通常临床诊断的数据较多,一般分为物理量、生化量等几种形式。诸量都与生理状态有关,通过计量和比较彼此之间的变化,即可作为诊断的主要依据,也就是说,变成了医用诊断数据。这些数据除了生物电以外都是非电量,这可以借助各种医用传感器变成易控制的电信号,然后再予以放大、信号加工、A/D转换、显示或记录。利用医用电子学的方法,肌体的主
2、要诊断数据基本上都可以很方便地取得。,3.1 生物医学信号的特点及频谱 3.2 常用滤波电路3.3 负反馈放大器3.4 直流放大器3.5 集成运算放大器3.6 功率放大器,一、生物医学信号的特点,从表中可以看出:,通常生物电信号的幅度较低,只有毫伏级甚至微伏级。所以,要提取生物信号,必需经过一定的放大处理。,由于生物电信号非常微弱,而普通的电子元件的噪声相当于数微伏无规则电压,为了使数微伏级的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、电容,低噪声的场效应管,对电源要求输出稳定;此外,要求放大器的放大倍数稳定、均匀,具有良好的线性。,生物电信号的频带主要在低频和超低频范围内,且频
3、带较宽。,生物体的阻抗很高,A.正弦信号,二、生物医学信号的频谱,B.方波信号,满足狄利克雷条件,展开成傅里叶级数,直流分量,其中,基波分量,三次谐波分量,二、生物医学信号的频谱,周期性波形的频谱,n=0、1、2、3,n=1时,fn为f1,f1是非正弦式周期波的重复频率基频。此频率的正弦波称为基波,其它正弦波的频率fn都是基频的整数倍,称为n倍频,相应的正弦波称为n次谐波。即n=2、3、4分别对应二次、三次、四次谐波,用特性曲线来表示,一般是频谱的方法来表示。,0,脉冲波形的频谱,在时间上短促的波形称为脉冲。,单个孤立的波形可以用一系列正弦波的叠加来组成,频率取连续值,且具有连续频谱。连续频谱
4、的波形叠加用积分式表达:,1,2,3,4,5,6,1/,/2,/2,脉冲高度,矩形脉冲宽度,1/2,2/2,3/2,1/2,0.6065/2,0.6065,0.135,0.01,预备知识,传递函数的概念,对于二端口网络,传递函数就是拉氏变换形式表示的输出电压或电流与输入电压或电流之比(二端口内部没有独立电源和附加电源)。,拉氏变换和傅立叶变换都是积分变换,通过积分变换把已知的时域函数变换为频域函数。,第二节 常用滤波电路,滤波器:一种使有用的信号能顺利通过,无用信号被消除或衰减的电路。,被滤除(或被衰减)的信号频带称为阻带被传输的信号频带称为带通。,Review,放大电路的分析,静态工作点的确
5、定:,估算法,图解法,当输入电压幅度较小或BJT基本上在线性范围内工作时,特别时放大电路比较复杂时,可用微变等效电路法来分析;,动态分析,当输入电压幅度较大,BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分时,需要采用图解法进行分析。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,Q,Q,Q,失真分析,固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区,从而导致失真。为此,需要改进偏置电路,当温度升高、IC增加时,能够自动减少IB,从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。,静态工作点的稳定,分压式偏置电路:,耦合方式:直接耦合;阻容耦合
6、;变压器耦合;光电耦合。,多级阻容耦合放大电路,耦合:即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求:,1.静态:保证各级Q点设置,2.动态:传送信号。,要求:波形不失真,减少压降损失。,关键:考虑级间影响。,1.静态:Q点同单级。,2.动态性能:,方法:,ri2=RL1,+UCC,1M,(+24V),R1,27k,C2,C3,R3,R2,RL,RE2,82k,43k,10k,8k,10k,C1,RC2,T1,RE1,CE,T2,性能分析,多级阻容耦合放大器的特点:,(1)由于电容的隔直作用,各级放大器的静态工作点相互独立,分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻
7、是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻;接在末级可减小输出电阻;接在中间级可起匹配作用,从而改善放大电路的性能。,生物医学信号的特点,通常生物电信号的幅度较低,只有毫伏级甚至微伏级。所以,要提取生物信号,必需经过一定的放大处理。,由于生物电信号非常微弱,而普通的电子元件的噪声相当于数微伏无规则电压,为了使数微伏级的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、电容,低噪声的场效应管,对电源要求输出稳定;此外,要求放大
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