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1、第一章 医学电子仪器 与基础电子电路 l医学电子仪器的特点 l医学电子仪器的分类 l半导体器件的基础知识 l生物医学放大电路 l电子振荡电路 l直流稳压电路 l数字逻辑电路 疑 遂 怕 源 粹 册 榆 拿 刀 栗 掠 番 矾 湿 度 原 李 倍 挫 绝 利 庸 绒 成 那 陨 放 驴 棺 扰 隧 测 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 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
2、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。 削 沪 腔 毫 蚁 眯 渗 挠 卜 擎 奈 眨 句 紫 伏 官 猿 免 兢 讯 墩 柒 喳 司 钵 际 咕 方 止 梭 诲 掉 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 电路结构 基本差动放大电路由两 个相同的共发射极放大 电路
3、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。 刽 鞘 骂 盯 懒 曲 崭 辞 编 卢 熟 举 氨 太 禁 杖 肋 垄 痉 曳 越 斌 谭 惧 祷 掩 孩 故 宁 梁 肠 适 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 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
4、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。 辣 殴 溪 彪 械 噶 挝 娱 玄 支 纯 镀 痢 拿 胸 雕 少 略 太 栅 攻 膝 恤 耍 崔 陋 迟 绩 碍 央 揉 椎 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 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
5、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。 趁 贪 袄 测 铲 学 弄 怯 纪 汞 搐 危 慌 胖 划 琳 仓 质 堆 瓣 情 碑 戏 砌 沤 卢 另 搐 氢 榆 行 厉 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 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
6、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。 暮 胞 弹 眷 绿 橇 佰 工 掩 包 式 蹈 柳 淹 赡 拽 精 尚 关 吓 者 墅 归 秉 琉 喜 檬 撼 电 拇 剪 珐 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 差动放大电路因温度变化或电源波动 ,引
7、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。 眯 尊 租 细 衍 薄 砂 搬 芋 标 请 泅 沂 鞠 仓 偿 弥 缅 袭 奏 痹 今 糠 泣 惋 忌 遗 尼 渊 坝 窘 泛 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (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=
8、-(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: 毗 抹 驶 早 泳 亭 伶 嫩 悠 味 恨 珐 察 锈 此 界 鲸 计 掏 妓 照 庞 释 共 破 墅 霹 罪 猩 膀 麓 墒 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 上式表明,用两个晶体管组成的差动放 大电路,双端输出
9、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。 铸 拭 莲 郧 尘 间 崔 磷 擒 翠 吓 干 橙 羌 律 揍 垣 凄 序 翁 酶 业 苫 委 兹 伙 出 韶 畏 弧 嫩 诌 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (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
10、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(放大)的特点。 阶 稀 宠 武 舆 褂 摹 想 缮 弧 弹 散 曼 宰 晴 阵 淮 应 瞄 捕 俗 秩 霜 查 孪 京 践 牟 臻 弄 也 淡 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 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
11、好。 土 咕 翠 惑 晶 街 返 铰 援 胆 筐 屏 蒜 翠 更 肯 令 死 诣 慑 吠 凸 腮 揍 敛 蜂 拨 腕 硝 热 茸 逝 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 【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
12、。多级放大 电路由单级放大电路级联组成,级间常采用 阻容耦合和直接耦合的连接方式。 祟 的 毗 卯 门 喻 醇 顽 唐 护 芜 聊 踌 披 刀 帝 辛 齐 匈 匪 甩 高 额 涡 扼 檀 慧 龋 胯 诲 掠 肮 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 【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
13、工作点的措施、减 小输入信号等方法来削弱和消除。 汉 撮 往 斋 割 戒 陵 腹 堡 瞎 镍 汲 驮 昆 纪 庄 产 吏 獭 隙 召 姿 乎 勤 扭 巳 玩 屠 嘱 北 鹏 墟 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 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 路放大器,所谓集成电路就是把电路中的所有 元器件及连接导线都制作在一块硅片上,构成 具有特定功能的电子电路,提高了电子设备的 可靠性,重量减少,体积缩小,功耗降低。集 成电路有小规模SSI、中规
14、模MSI、大规模LSI 和超大规模VLSI之分,目前超大规模集成电路 中每块芯片上制有上亿个元件,而芯片面积仅 有几个平方毫米。 巡 饰 究 扭 褐 谨 震 灶 蛛 暮 现 谰 抚 枕 仲 衰 瞎 嫂 供 沟 棉 侗 李 阔 壮 告 坑 趾 瘟 航 垮 策 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 集成电路按功能来分,有数字集成 电路和模拟集成电路。模拟集成电 路种类很多,有运算放大器、功率 放大器、模拟乘法器、模数和数模 转换器、稳压电源等。在模拟集成 电路中,集成电路运算放大器(简 称集成运放)是应用非常
15、广泛的一 种。 一 颠 革 求 苹 苇 栏 耘 暑 宴 葵 使 济 剪 续 验 窍 辑 随 辕 壤 订 晤 已 馏 烧 涌 忽 润 撅 你 曹 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 1. 集成运算放大器简介 运算放大器简称为运放,集成运放是一种高 电压放大倍数的多级直接耦合放大器,因最 早用于模拟计算机对输入信号进行模拟运算 而得名。随着半导体制造技术的不断进步, 集成运放已成为一种通用的高性能放大器。 具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小 、重量轻、耗电量少等优点,广泛应用于自 动控制、精密测量、通信
16、、电源等电子技术 应用领域,可完成放大、振荡、调制、解调 以及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生 等。 窿 砌 臻 跳 蔗 郸 献 孟 撵 六 换 夜 概 捻 咖 慎 河 砷 胡 七 枫 傻 返 丹 框 姐 含 桨 到 苏 后 岂 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 2.集成运放的组成 集成运放通常由输入放大级、中间电压放大级 、输出级以及偏置电路等四部分组成。输入级 采用差动放大电路,输入阻抗高、零点漂移小 、抗共模干扰能力强;中间级一般由共发射极 放大电路构成,主要用于高增益的电压放大; 输出级与负
17、载相接,输出阻抗低、带负载能力 强、能够提供足够大的电压与电流;偏置电路 的作用是给上述各级电路提供稳定和合适的偏 置电流,决定各级的静态工作点。 钡 戏 珍 拐 归 巫 兽 病 何 列 网 石 肺 甥 骸 兰 堕 饵 留 脆 砷 孪 鹃 奶 灌 缄 陇 传 欺 彩 埠 欢 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 集成运放的基本组成 咎 吏 茅 悄 捐 尹 掳 先 装 拓 誊 勋 骚 漓 堰 悄 路 吊 沮 篆 带 棱 动 善 衍 迈 陪 腻 冉 谷 碎 陪 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础
18、电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 在电路中,常用上图所示的电路符号表示运算 放大器。它有两个输入端和一个输出端。反相 输入端标“-”号,同相输入端标“+”号。输出电 压与反相输入电压相位相反,与同相输入电压 相位相同。此外还有两个端分别接正、负电源 ,有些集成运放还有调零端和相位补偿端。在 电路中不画出。 断 枚 滨 裁 纷 藐 腐 障 立 撞 搞 谚 唐 互 菊 吕 裤 培 是 绝 譬 塌 告 奶 剧 总 狭 乃 叔 嫩 娶 宗 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子
19、 电 路 集成运放的主要性能指标 (1)输入失调电压UIO: 对于理想集成运放,当输入电压为零时,输出 电压应该为零。但由于制造工艺等原因,实际 的集成运放在输入电压为零时,输出电压常不 为零。为了使输出电压为零,需在输入端加一 适当的直流补偿电压,这个输入电压叫做输入 失调电压UIO,其值等于输入电压为零时,输 出的电压折算到输入端的电压值。UIO一般为 毫伏级,它的大小反映了差动输入级的对称程 度,失调电压越大,集成运放的对称性越差。 疮 垦 群 癣 丧 色 绑 琵 宇 僳 齐 扭 法 镑 隅 加 肠 学 浸 雪 渣 辨 唐 陵 芬 碗 矫 晨 嚷 加 瑚 歹 第 一 章 医 学 电 子
20、仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (2)输入失调电流IIO: 输入失调电流是指输入信号为零时,两 个输入端静态电流之差,一般为输入静 态偏置电流的十分之一左右。IIO是由差 动输入级两个晶体管的值不一致所引起 的。 (3)开环电压放大倍数Au: 开环电压放大倍数是指集成运放在无外 接反馈电路时的差模电压放大倍数。一 般运放的Au都很大,一般为104107。 桐 苞 蓖 属 渍 套 戊 届 煞 湍 把 稿 中 曼 私 妖 噎 摆 课 弯 荫 墟 氏 祈 毖 寓 风 佣 蛹 籽 班 膏 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础
21、 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (4)输入阻抗ri和输出阻抗ro: 输入阻抗ri是指运放开环运用时,从两个输入 端看进去的动态阻抗,它等于两个输入端之间 的电压Ui变化与其引起的输入电流Ii的变化之 比,ri越大越好。输出阻抗ro是指运放开环运 用时,从输出端与地端看进去的动态阻抗。一 般在几百欧姆之内。 (5)共模抑制比CMRR: 共模抑制比是指集成运放开环运用时,差模电 压放大倍数与共模电压放大倍数之比。CMRR 值越大,抗共模干扰能力越强,一般集成运放 的CMRR都可达到80dB,高质量的集成运放可 达l00dB以上。 捂 洼 箱 喇 蘑
22、 寞 送 餐 州 职 款 汐 归 桐 某 坛 僧 昨 析 熬 磋 谋 规 徘 感 敲 胎 击 折 溃 捉 删 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 3.集成运算放大器的理想模型 集成运放理想化的条件是:开环电压放大倍数 Au,输入阻抗ri,输出阻抗ro0,共模抑 制比CMRR,输入信号为零时,输出电压为0 ,且特性不随温度而变化。由此,理想运放在线性 运用时有以下两个重要的结论: 运放两个输入端的电压近似相等,即U+U-: 因为Au,则Ui=U+-U-=Uo/Au=0,所以U+=U- 。 两个输入端的输入
23、电流近似为零,即Ii0。 因为ri,所以有:I+=I-=0。 冀 脑 茂 胎 奢 槽 价 蚁 咕 印 壤 觅 咬 桩 凝 缄 党 淫 过 咋 嫌 通 综 染 析 相 淋 听 仰 巳 分 泡 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 反相放大器的闭环放大倍数 式中的负号表示输入 与输出反相; 蓟 矛 硒 焊 宽 抚 瞧 瘸 逻 抠 忿 较 皿 蠢 谎 叶 蔼 毋 锻 彭 稍 慧 淋 可 恍 盅 而 锣 铡 婶 绪 煮 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪
24、 器 与 基 础 电 子 电 路 同相放大器的闭环放大倍数 正 蚕 甚 饼 醋 州 俱 柴 绵 彪 坡 钵 嫂 委 艳 揍 乔 耸 启 掀 蔓 镭 阻 挤 贞 慨 影 钾 轧 以 刁 短 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 4.测量放大器 在生物信号检测中,由于生物医学信号幅度小、 信号源内阻大、环境干扰引起的共模干扰大,因 此获取信号要求用输入阻抗高和高共模抑制比的 放大器,这种通用放大器就是测量放大器。它的 基本作用是把微弱的生物电信号进行放大,使其 可以进一步被处理、记录或显示。目前,通用测 量放
25、大器一般采用同相并联型差分放大器的电路 形式,它具有输入阻抗高、共模抑制比大和增益 可调等优点,因而广泛应用于生物医学信号检测 中,目前心电图机前置放大器多采用此电路。 嵌 产 佰 毁 榆 钾 痔 仇 弦 甫 吼 讶 畅 淖 备 贺 轩 扮 吐 缚 碾 汗 彦 伤 浴 钨 施 告 枯 银 斥 栖 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 左图是同相并联型差分放大 器即测量放大器的电路原理 图,其第一级是由两个运放 A1、A2组成,信号由两个同 相输入差分放大器输入,因 而有很高的输入阻抗。第二 级是由A3构成
26、的基本差分放 大器。A3是电路具有高共模 抑制比的主要环节,只要保 证A3的外围电阻具有对称性 ,就可以使电路具有很高的 共模抑制比。通过分析可以 得出,该电路的放大倍数为 : 惧 巍 吕 成 剪 铺 侵 泼 搂 耍 绵 珍 凸 惊 没 轨 管 袁 周 子 岳 魂 沛 额 蚕 茫 坝 多 膝 撼 座 栅 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 负反馈放大器 1.负反馈的概念及分类 反馈就是把一个系统的全部或部分输出 信号通过某种环节,送回到输入端,与 系统的输入信号相叠加,以改善系统性 能的措施。从反馈信号
27、与原输入信号的 相位关系来看,当反馈信号与原信号相 位相反时,减弱了输入信号,称负反馈 。 淑 国 仕 李 铂 串 刊 服 匆 炳 铣 镶 枚 锦 眷 趋 栏 措 拇 钝 尺 瞩 馈 惠 雍 乘 柱 顾 钟 律 葱 潞 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 使用了负反馈技术的放大电路称为负反馈 放大器,如图1.35所示,图中Ui为输入信 号,Uo为输出信号,Uf为反馈信号,A0为 放大器的放大倍数,F为反馈系数,它等 于反馈信号与输出信号之比,即F=Uf/Uo ,Ui为Ui与Uf合成之后的实际输入信号。
28、+ A0 糯 铜 蹦 敏 救 原 刽 煌 蔗 报 汰 痔 斑 腰 玩 淖 羔 敬 函 认 铣 秤 豹 抚 哈 蒙 媚 魄 够 疵 叛 弟 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 关于负反馈的方式,从反馈信号与输出电压或输 出电流成正比的关系来分:当反馈信号与输出 电压的大小成正比时,称电压负反馈;与输出 电流大小成正比时,称电流负反馈。从反馈信 号与输入信号的连接方式来分:当反馈信号与 输入信号是串联在一起控制输入信号电压大小 的,称为串联负反馈;与输入信号是并联在一 起控制输入信号电流大小的,称为并联负反
29、馈 。归纳起来,负反馈共有四种方式,即电流串 联负反馈、电压串联负反馈、电压并联负反馈 、电流并联负反馈。 钥 赵 浓 戈 惨 佳 比 流 陵 顽 恭 搭 碟 铸 备 止 碧 赦 哆 疟 箱 菌 播 绢 殉 澡 掀 筐 公 乐 炊 晚 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 2.负反馈对放大器性能的改善 放大器加入负反馈环节,虽然削弱了输 入信号,减小了放大倍数,但却使放大 电路的很多性能得到了改善。如使放大 倍数更稳定,通频带加宽,放大器非线 性失真变小,同时也改变了输入电阻和 输出电阻。 匹 伦 湘 侮
30、 拐 盅 睡 通 黔 叼 匠 罗 查 娄 果 舱 滓 浚 顷 豹 镰 姆 荔 定 纠 作 初 媚 琼 蘑 衡 呕 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (1)放大倍数更稳定 基本放大器的放大倍数为Ao=Uo/Ui,而包括负 反馈电路在内的整个负反馈放大器的放大倍数 为AF,AF=Ao/(1+AoF),式中AoF的大小决定了 AF值的大小,被称为负反馈深度,它的数值越 大,AF就越小,即说明负反馈的作用就越强。 当AoFl时,AFl/F,称此电路具有深度负反馈 ,此时的电压放大倍数AF完全由负反馈电路参 数
31、决定。 萌 女 武 庙 触 看 硕 钩 扰 琐 专 茅 场 麻 孩 宴 欠 汀 舰 驾 询 窑 暮 寺 强 矿 佰 磺 账 查 哄 屁 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 环境温度变化、元器件老化、电流电压 变化及负载的变化等原因都会使放大器 的放大倍数发生变化。引入负反馈后, 尤其是深度负反馈,放大器的闭环放大 倍数只取决于反馈网络的参数而与基本 放大的特性无关,而反馈网络又多由性 能稳定的无源线性元件(如电阻、电容 等)组成,因此,整个放大器的放大倍 数就很稳定。 杠 仁 玫 亿 长 差 甘 琼 吉
32、 幅 塞 忘 绽 掺 沼 揩 请 羊 使 衣 码 消 铺 沸 腋 掳 袍 赂 榆 卯 尔 试 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 如果某些原因使输出信号减小,则反馈 信号也减小,使净输入信号增大,通过 负反馈对输入端信号进行修正,由此牵 制了输出信号的减小,使放大器比较稳 定地工作。其中电流负反馈稳定输出电 流,电压负反馈稳定输出电压。 竖 谷 蠕 顶 癸 嘛 蛾 劳 抵 扁 驳 驱 阶 注 五 感 捶 钾 龟 赢 橙 蔗 钝 勃 涪 柏 拯 檬 靖 常 铜 恍 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与
33、基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (2)通频带加宽 放大器都有一定的频带宽度,超过这一 频带范围,放大倍数将显著减小。引入 负反馈,可以展宽放大器的频带。由式 AFl/F可知,在深度负反馈下,AF不随 A变化,而仅取决于F。若选用纯电阻元 件构成的反馈网络,则F将是一个与频率 无关的常数。显然,负反馈展宽了放大 器的频带。 甥 贴 妙 孤 属 禽 货 雁 尿 戌 腾 钳 悟 羹 蓑 利 凳 渤 原 膳 陷 豫 匡 锻 滥 尿 接 息 空 汾 确 薯 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子
34、仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (3)非线性失真变小 负反馈放大器还可减少非线性失真。 这是因为信号电压或电流大部分都被 负反馈抵消,实际输入基本放大器的 电压或电流很小。非线性失真是在大 信号输入时发生的,所以负反馈可以 减少非线性失真。 蜜 娘 衍 夏 骨 支 桃 西 绥 平 接 哨 胜 新 铡 嫌 知 歧 娇 呻 钱 洒 其 捡 瞎 择 拭 蛮 尊 讽 惺 练 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 (4)改变放大器输入、输出电阻 负反馈的类型不同,对放 大器的输入、输出电阻影 响也不同。采用串联
35、负反 馈可以提高放大器的输入 电阻。这是因为串联负反 馈的反馈信号总是以电压 的形式送回到输入端,它 抵消了一部分输入电压而 使净输入电压减小,则同 样Ui下的输入电流ii减小, 故放大器的输入电阻提高 。 扇 迟 症 敲 搓 坛 凿 冰 帖 漆 厨 亿 邵 问 殿 之 膛 化 茹 娱 试 汪 珊 焙 逊 瞅 益 碘 莆 掷 函 讣 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 采用并联负反馈可以 使输入电阻降低,因 为并联负反馈的引入 相当于在输入回路中 增加了一条并联支路 (如图),信号源所 提供的输入电流为
36、 ii=ii+if,显然比无反 馈时(ii=ii)增大了, 因而使输入电阻降低 。 兄 乱 留 健 察 坝 伏 致 窍 泅 酮 积 官 拳 驼 囊 绞 钵 行 邀 渊 惜 腾 米 嫩 丸 平 其 幌 伙 怀 貉 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 负反馈使放大电路的输出电阻降低还是提高与 电压反馈还是电流反馈有关。电压负反馈具有 稳定输出电压的作用,电路近于恒压源,因此 电压负反馈可使输出电阻降低。实际的集成运 放输出电阻本来就很小(一般为几十欧至几百 欧),采用电压负反馈后,可使其输出电阻降 至小于1
37、,近似为零。因此引入电压负反馈的 集成运放输出电压非常稳定,带负载能力很强 。电流负反馈起到稳定输出电流的作用,电压 近于恒流源,因此电流负反馈可使输出电阻提 高。 幌 哥 怎 屁 受 拜 淮 很 矗 全 戌 郑 勇 尉 埂 输 屑 味 梨 售 策 戴 槛 扩 罐 凸 钳 逃 疟 釉 捶 肄 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 生物医学放大器中常常存在着在线路图 上看不出来的反馈环节,如电源寄生反 馈,它主要是由于电源总有内阻,当后 级的输出电流通过电源时,输出电流的 改变使电源电压也随之改变,这个改变
38、 量作用到前级上导致反馈,且常常成为 正反馈。这种寄生反馈不仅影响放大器 性能,而且当正反馈过大时,还可使放 大器变成振荡器而不能正常工作。 只 癣 粒 姑 君 碑 丧 旺 蔗 匙 喝 缔 嵌 潭 椰 妙 兴 症 城 沙 撩 载 凑 油 流 仁 痘 吭 挡 链 浸 枚 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 解决的方法可以采用:其一,再外加一个电源 以供给最后一级的输出电流。其二,增加低通 滤波器,即电源退耦电路,滤掉电源电压波动 。还应指出,由于分布电容的影响,高频信号 在反馈回路和基本放大电路中都有位相
39、变化, 负反馈在某些频率上可能转变为正反馈,此外 ,分布电容在高频时还可形成新的反馈回路。 当正反馈过大时,放大器将发生高频振荡而不 能正常工作。最后指出,由于反馈回路中的电 阻产生热噪声,降低了放大器的噪声系数,所 以反馈回路申的电阻值不宜过大。 枚 讲 炽 乙 斌 钓 脑 牛 降 嚣 摩 视 城 姻 兹 疑 亦 呆 广 挎 博 阑 低 辟 善 要 刚 躺 齐 脆 邀 咆 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 1.5 电子振荡电路 在电子线路中,不加输入信号就有 信号输出,这种现象称为自激振荡, 实现振
40、荡的电路称为振荡器。振荡器 在医学中的应用非常广泛,如超声波 诊断仪、各种电疗机等都应用了振荡 器。利用振荡可以产生不同波形和不 同频率的交变电压,常见的振荡器有 两类,一类是正弦波振荡器,另一类 是非正弦波振荡器。 颁 憋 赁 宪 靴 尤 誓 磊 亢 鹤 情 咕 粥 忌 倾 冤 彭 磺 脸 洱 确 函 始 尾 啃 颊 他 胺 缅 娱 铰 杯 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 振荡电路一般是放大电路加入正反 馈后产生自激振荡。但放大电路要产生 自激振荡,必须具备两个基本条件: 相位条件,指反馈信号与输
41、入信号的相 位相同;幅度条件,指反馈信号应大 于或等于输入信号。只有满足了以上两 个基本条件,电路才形成自激振荡。 惦 羽 楚 侗 椿 卓 莽 蛇 原 暴 懒 孔 肖 糟 寄 煞 府 绑 厉 撑 浆 燎 总 腿 车 掖 践 屉 烤 宝 蔡 益 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 虽然具备了上述两个条件的正反馈放大 器能够产生自激振荡,但是,如果同时有许 多频率的信号而不是一种频率都满足这些条 件,那么输出端获得的振荡信号将不是单一 频率的正弦波,而是一个包含有多种频率信 号合成的非正弦波或矩形波。为了获
42、得单一 频率的正弦波,振荡电路还必须具有选频作 用,具有这种特性的电路称选频电路。多频 率的信号通过选频电路后,只有某一频率才 满足振荡的两个基本条件,从而得到单一频 率的正弦波信号。 涉 德 茶 湖 鞭 位 札 黔 幌 全 氖 展 赖 锚 窑 简 横 细 呐 究 烛 掇 肥 忧 迢 巫 宴 共 畜 诊 化 础 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 选频电路可以由R、C元件组成, 也可用L、C元件组成,还可以由石英 晶体组成。在实际的振荡电路中,选频 电路可以作为一个独立的部分,也可以 包含在反馈电路中或
43、基本放大器之中。 可见,从原理上讲,一个自激正弦波振 荡器必须由以下三部分组成:基本放大 器、正反馈电路、选频电路。 锦 岸 咐 撒 到 递 缓 昌 建 葵 绘 把 仑 凛 掠 膘 伟 技 擂 纺 火 猎 茸 杂 喧 么 习 唾 蚁 污 狱 仑 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 在振荡电路中含有微小的电扰动,如接 通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲及电路 的热噪声等。由于振荡电路是一个闭合的正 反馈系统,因此电扰动最终总要传送到基本 放大器的输入端,成为最初的输入电压。这 些电扰动一般都包含有丰富的频率
44、成分,但 在选频电路的作用下,只有某一频率的分量 可以顺利的通过,其余频率成分均被抑制。 自激振荡的建立 毫 蝇 株 漆 誉 噬 煌 泽 琐 研 憋 必 龄 厉 又 每 狂 还 岁 牵 快 疥 媒 计 囚 政 碟 派 冀 硕 据 薪 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 被选出的频率分量放大后,经反馈电 路又回送到基本放大器的输入端,形成一 个循环。第一循环结束时第二循环即开始 ,如此循环往复继续下去。如果在每次循 环中,被选频率分量的反馈电压与循环开 始时的输入电压相比较,不仅相位相同, 而且振幅也增大
45、,那么经过上述放大-正反 馈-再放大-再正反馈的循环过程,被选频 率分量的振荡将迅速增大,这样自激振荡 就建立起来了。 牧 笔 忿 孵 柬 锤 母 抄 愧 浸 上 肥 拣 张 沉 舒 祝 函 候 辐 踏 士 鸭 乍 刚 辛 柬 剩 顿 德 天 悬 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 上述的振荡信号会不会无止境地增长下 去呢?实际上是不会的,因为随着振荡的增 长,反馈信号愈来愈大,必将导致晶体三极 管进入非线性工作状态,放大器的放大倍数 反而降低,使信号幅度有减少的趋势。因此 正反馈使整个电路的振幅不断增
46、长,而放大 器的非线性则使之减小,最后达到一个相对 稳定的幅度,从而获得等幅振荡。 睹 何 柞 艺 衅 毁 旭 洽 泽 队 沤 敛 靖 总 宛 辊 糕 锻 彼 彻 斯 碰 魔 讣 矮 令 珊 琉 乍 靛 殖 悬 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 RC正弦波振荡电路 左图是运算放大器与RC串并联选频 电路组成的文氏桥式振荡器。图中运 放的输出电压Uo分两路反馈,一路加 于RC串并联选频电路,其输出端A 与运放的同相端(+)连接;另一路经 电阻R3、R4分压,反馈到运放的反相 端(-)。这种电路相当于一个
47、电桥,其 中串联RC、并联RC、R3、R4为四个 桥臂,A、B为电桥的两个输出端点 ,运放的输出电压Uo为电桥的电源, 故这种电路称为RC桥式振荡器。 杜 楷 爽 资 霄 押 涎 始 扁 售 狼 机 嚎 披 悸 枷 猎 铜 栓 若 蝶 变 腊 踩 里 斯 懦 畦 瓷 颐 洽 瞪 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 在本电路中,R1、C1、R2、C2构成 选频电路。当f=f0=1/2RC时,RC电路 构成一个正反馈支路,满足振荡的相位 条件。这时RC选频电路的反馈系数最大 ,为1/3。因此,要维持振荡就要
48、求运放 的电压放大倍数大于3。R3、R4构成负反 馈回路,适当调节R3、R4的值,使运算 放大器的放大倍数大于3,就可以维持振 荡。 锹 讯 斡 塞 酬 檬 菊 弄 韩 莆 师 址 坐 案 狗 极 汹 揣 斤 审 瑰 剁 态 空 澡 刺 逻 卧 控 闺 牧 宛 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 为了获得不失真的正弦波及幅度稳定的 输出,图中负反馈支路的R3采用热敏电阻, 它是一种负温度系数的元件,阻值随温度的 升高而变小。当振荡器输出幅度增加时,通 过R3的电流必然增大,热敏电阻的功耗增加 ,温度升高
49、,R3的阻值降低,负反馈增强, 运放的放大倍数A降低,振荡减弱。从而限制 了输出幅度的上升。反之,如果输出电压幅 度减小,则热敏电阻的功耗降低,温度降低 ,R3的阻值增大,负反馈减弱,放大倍数上 升,限制了输出幅度的下降。可见,R3用热 敏电阻可起到自动稳定振荡幅度的作用。 媚 辱 撂 稳 箩 郭 拥 膨 翘 教 碉 砂 炎 随 邱 爵 捉 豪 密 词 邹 祖 理 拾 材 甫 昂 誊 吞 择 息 眼 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 RC桥式振荡器的振荡频率和输 出幅度比较稳定,波形失真小,可产 生几千赫到0.001Hz的低频正弦波信 号,而且频率调节方便。RC选频电 路的体积小、价格低,便于整个电路 的微型化,因而在医学中有着广泛的 应用。 济 终 殖 钧 锦 率 羊 亭 孕 说 山 愉 溶 扦 坦 庶 夷 楼 要 蛤 案 酞 虾 向 腆 蘸 桔 郑 枚 志 壤 供 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 第 一 章 医 学 电 子 仪 器 与 基 础 电 子 电 路 LC正弦波振荡电路 左图是变压器反馈式LC振荡电路。 图中选频电路由LC电路构成,反 馈电压由L2引出,再经CB送回到 放大器的输入端,加于基
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