醫(yī)用電子學(xué)重點(diǎn)

1、2011級2班生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)復(fù)習(xí)思考題1.用框圖表示生物醫(yī)學(xué)測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成？傳感器： 非電量到電量的變換； 信號調(diào)理電路：阻抗變換，放大，濾除噪聲，抗混頻,動態(tài)范圍匹配; A/D轉(zhuǎn)換：完成模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換；微處理器：信號處理，系統(tǒng)控制；D/A轉(zhuǎn)換：完成數(shù)字模擬的轉(zhuǎn)換。2.生物醫(yī)學(xué)測量的基本特點(diǎn)是什么？ 與其它測量系統(tǒng)相比，生物醫(yī)學(xué)測量有以下特點(diǎn)： 1.從測量值范圍上，測量的生理參數(shù)的幅值和頻率范圍都是比較低的。 2. 從測量對象上，由于測量對象是人，有生命的。被測量是動態(tài)的。 3.許多被測生理量的很難接近。 4.被測量是很少是確定的，測量結(jié)果是隨機(jī)的。生理數(shù)據(jù)的時間變異性和個體差異性。 5.

2、生理系統(tǒng)間存在相互的相用，系統(tǒng)間相互聯(lián)系缺乏了解。 6.傳感器對被測生理量的影響3. 簡述生物電和人工電的區(qū)別？ 生物電：載流子是電解質(zhì)中的離子，電流存在于細(xì)胞膜內(nèi)外（部分絕緣）人工電：載流子是導(dǎo)體中的電子，電流存在于導(dǎo)體中（絕緣）4. 影響導(dǎo)聯(lián)電壓的因素是什么？導(dǎo)聯(lián)電壓：兩體表電極之間測量的電壓。 理解這個公式 p 源：心向量Hp 幾何：導(dǎo)聯(lián)位置與心向量之間的相對位置p 組織電特性：電導(dǎo)率分布5. 12導(dǎo)聯(lián)是怎么構(gòu)成的？ 構(gòu)成：（1）三個標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)I,II,III。I導(dǎo)聯(lián)是RA(-)(Right Arm（右手負(fù)極）至LA(+)(Left Arm)（左手正極），II導(dǎo)聯(lián)是RA(-)至LF(+)(

3、Left Foot)（左腳正極），III導(dǎo)聯(lián)是LA(-)至LF(+)。 （2)V1-V6，6個胸導(dǎo)聯(lián)。（3）.aVR、aVL、aVF，3個增強(qiáng)導(dǎo)聯(lián)。aVR導(dǎo)聯(lián)是RA(+)至LA & LF(-)， aVL導(dǎo)聯(lián)是LA(+)至RA & LF(-)，aVF導(dǎo)聯(lián)是LF(+)至RA & LA(-)。6. 噪聲和干擾的區(qū)別是什么？噪聲是被測對象和儀器內(nèi)部固有的，而干擾則是測對象和儀器以外的原因造成的。 噪聲是在電路中除了期望的信號之外的任何其它信號。干擾是噪聲的不期望的效果。如果一個噪聲電壓造成電路的不合適工作，這是干擾。噪聲不可能被消除，但是在幅度上可以減少，直到它不產(chǎn)生干擾（所以

4、，干擾是可以消除的） 7. 什么是白噪聲？（P8） 由于熱噪聲的功率頻譜密度為P=4kTR，所以電阻及晶體管的熱噪聲功率頻譜密度是一個與頻率無關(guān)的常數(shù)，也就是說，在一個極寬的頻帶上，熱噪聲具有均勻的功率譜，這種噪聲通常稱為“白噪聲”8. 根據(jù)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理,半導(dǎo)體中噪聲源主要有那幾種形式？ 分配噪聲，散粒噪聲，1/f噪聲9. 什么是熱噪聲？ 熱噪聲屬于白噪音(white noise)，由元器件中電子或電荷受熱激發(fā)所產(chǎn)生的噪音信號。由于荷電粒子受激的隨機(jī)性和周期性，因而會導(dǎo)致電荷的不均一，進(jìn)而使讀出的信號發(fā)生波動。只有 在絕對零度時，該噪音才會消失。10. 影響電阻中熱噪聲的因素有那些？用什么途

5、徑可以降低電路中的熱噪聲？電阻的工作溫度，電阻阻值，通過電阻的信號帶寬。途徑：降低電路的工作溫度，減小電阻阻值，限制電路是帶寬11. 什么是散粒噪聲？影響散粒噪聲的因素有那些？（P9） 在晶體管中，電流是由無數(shù)載流子（空穴或電子）的遷移形成的，但是各個載流子的遷移速度不會相同，致使在單位時間內(nèi)通過PN結(jié)空間電荷區(qū)的載流子數(shù)目有起伏，因而引起通過PN結(jié)的電流在某一電平上有一微小的起伏，這種起伏就是所謂的散粒噪聲。影響因素：流過PN結(jié)的直流電流12. 什么是噪聲系數(shù)？一個系統(tǒng)的噪聲系數(shù)意義是什么？（P9） 線性網(wǎng)絡(luò)輸入端的信號噪聲功率比（Si/Ni）與輸出端信號噪聲功率比（So/No）之比值被定義

6、為噪聲系數(shù)NF NF=（Si/Ni）/（So/No） 意義：用來衡量網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲的大小13. 什么是電極? 舉出電極生物醫(yī)學(xué)中的三個應(yīng)用 電極一般是指與電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)的位置 舉例心電電極、腦電電極等 應(yīng)用：檢測腦電圖，心電圖，肌電圖14. 什么是半電池電位？半電池電位在生物電測量時是一個被測量嗎？一般生物電測量時怎么處理它的？（P272）基于電極與其周圍環(huán)境電解質(zhì)間形成的特定電勢差，大小取決于電極金屬特性、溶液中離子濃度、溫度。不是一個被測量。對于某種金屬與電解質(zhì)溶液來說，是一個完全確定的值。在測量時，一般將半電池電位作為已知量。15. 極化電極和非極化電極界面流過的電流有什么不同

7、？各舉出一個接近極化電極和非極化電極的實(shí)際電極例子。 極化電極界面流過的電流是位移電流；非極化電極界面流過的電流是傳導(dǎo)電流，電荷在界面遷躍。（位移電流不是電荷作定向運(yùn)動的電流，但它引起的變化電場，也相當(dāng)于一種電流。位移電流只表示電場的變化率，與傳導(dǎo)電流不同，它不產(chǎn)生熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等）16. 氯化銀電極和Pt有什么不同？前者是活性材料，電化學(xué)可逆，沒有過電壓；后者是惰性材料，電化學(xué)不可逆，不產(chǎn)生直流電流；Agcl是非極化電極，相當(dāng)于電阻；Pt是極化電極，相當(dāng)于電容。（1） Ag-AgCl 電極，對于生物體組織具有非常小而且穩(wěn)定的半電池電位，而且為非極化電極，故常用來作為生物電測量的引導(dǎo)電極來使

8、用?？墒茿g-AgCl 材料對生物組織有害，所以只能用作體外測量。（2） Pt是一種惰性貴金屬，常用作某些電極的電子導(dǎo)體，本身不參與電極反應(yīng)，統(tǒng)稱鉑電極。 主要用于：（1）氣體電極和氧化還原電極；（2）在一定的電勢范圍內(nèi)的理想可極化電極；（3）溶液電導(dǎo)測量中作電導(dǎo)池外接電源的輸入電極。17. 說明氯化銀電極電極電位穩(wěn)定的原因？氯化銀電極電位只取決于電解質(zhì)中氯化物濃度，電位將保持穩(wěn)定，如果濃度氯離子是恒定的。這可以通過使用合適的電極凝膠來實(shí)現(xiàn)；內(nèi)部體液也有氯離子作為陰離子，改變電流通過電極，只影響氧化還原反應(yīng)中Ag離子反應(yīng)，氯離子濃度沒有變化，所以在電位沒有變化。18. 什么是電極的過電位? 過

9、電位是噪聲源之一, 對嗎?過電位是電極的電位差值，為一個電極反應(yīng)偏離平衡時的電極電位與這個電極反應(yīng)的平衡電位的差值。它是噪聲源之一。19. 什么是運(yùn)算放大器？運(yùn)算放大器（常簡稱為運(yùn)放）是兩個輸入端，一個輸出端的放大器，通過外部反饋元件達(dá)到預(yù)期的放大效果?？梢詫﹄娦盘栠M(jìn)行運(yùn)算，一般具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性。20. 理想運(yùn)算放大器的 “理想”指標(biāo)有那些？實(shí)際的這些指標(biāo)是什么?無限輸入阻抗，輸出阻抗為零，零共模增益或無限共模抑制比，無限開環(huán)增益，無限帶寬實(shí)際，輸入電流是不完全為零；輸入失調(diào)電流是不完全為零任；輸入阻抗不是無限的；有一個有限的共模電壓范圍；輸出阻抗不為零；有電壓增益限制

10、，包括相移；有一個有限的輸入失調(diào)電壓；有一個有限的轉(zhuǎn)換率；有一些溫度依賴性。21. 高精度運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)有那些？（1）具有極低非調(diào)整失調(diào)電壓、極低偏置電流、極低漂移、極高的開環(huán)增益（作為積分器和高增益放大器具有的最高精度）和極高的共模抑制比。（2）低偏置電流和高輸入阻抗。（3）高精度。22. 高速運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)有那些？高速運(yùn)算放大器以轉(zhuǎn)換速率高、建立時間短和頻帶寬為特征23. 一運(yùn)算放大器的壓擺率（slew rate）是0.5V/s, 那么，該運(yùn)算放大器所能夠放大的幅度為10mV的正弦信號頻率是多少？ 2*pi*f*A<=SR 即f<=0.5*106/（2*pi*0.0

11、1）24. 什么是差分放大器?能把兩個輸入電壓的差值加以放大的電路，也稱差動放大器25. 什么是共模抑制比? 它值大小的意義是什么? 放大器工作于線性區(qū)時，其差模電壓增益AVD與共模電壓增益AVC之比，CMRR=Avd/Avc 值大小意義：共模抑制比越大，放大器精度越高，無限大時為理想放大器26. 什么是儀器放大器？儀器放大器的有幾級？每一級完成什么功能？在傳感器接口電路中經(jīng)常用到的具有高輸入阻抗高共模抑制比的差分放大器，由于精度高，穩(wěn)定性好，常用于精密儀器電路和測控電路中，這類儀器稱儀器放大器。有兩級：第一級即輸入級，由兩個同向放大器并聯(lián)構(gòu)成，用作緩沖器，提高輸入阻抗；放大器的第二級就是一個

12、典型的差分放大器，實(shí)現(xiàn)高共模抑制比。27. 說出儀器放大器的基本特點(diǎn)是什么？ （說出兩個） 高輸入阻抗，高共模抑制比28. 如圖2, 放大器為理想運(yùn)算放大器，反饋回路由R2，R3和R4構(gòu)成T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。求出用vI表達(dá)的vO式。 VI/R1=-(VI*R2)/(R1*R3)+(-VI*R2/R1-Vo)/R429. 增益帶寬積是什么？放大電路的增益與對應(yīng)帶寬的乘積30. 單位增益頻率是什么？ 圖2運(yùn)放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個頻率可變恒幅正弦小信號輸入到運(yùn)放的輸入端，隨著輸入信號頻率不斷變大，輸出信號增益不斷減小，當(dāng)從運(yùn)放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降3dB（或相當(dāng)于運(yùn)放輸入信號的0.707）時

13、所對應(yīng)的的信號頻率乘以閉環(huán)放大倍數(shù)1所得的增益帶寬積。31. 反相放大器有什么特性？同相放大器有什么特性？同相放大器與反相放大器特性有什么異同？反向：（1）輸出較輸入反相（2）放大倍數(shù)是任意的（3）輸入阻抗較低同向：（1）輸出與輸入同相（2）放大倍數(shù)大于等于1（3）輸入阻抗高同相放大器的輸入信號加在同相輸入端，輸出信號部分反饋到反相輸入端，輸入電阻很大，一般在M范圍，輸出電阻很小接近于0，A1，增益是正值；反相放大器性能穩(wěn)定但輸入阻抗較低，增益是負(fù)值。32. 如果一個運(yùn)算放大器開環(huán)增益是100dB，單位增益帶寬是 3MHz。如圖3所示,是是同相放大電路, R2220k,R13.3k，這運(yùn)算放大

14、電路的帶寬是多少？ A=1+R2/R1=67.7，BW=3*106/A=44313.15 圖3 33. 如果一個運(yùn)算放大器開環(huán)增益是100dB，單位增益帶寬是 3MHz。如圖4是反相放大電路, R247k,R11k，這運(yùn)算放大電路的帶寬是多少？ A=-R2/R1=-47，BW=3*106/A=63829.79 圖434. 什么是有源濾波器?有源濾波器是使用電阻，電容和有源器件實(shí)現(xiàn)的濾波器（通常是指運(yùn)算放大器），可動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功（或是指具有信號處理功能的電路，尤其是指去除信號中不想要的頻率成分，增強(qiáng)想要的頻率成分。）35. 按濾波器器的頻率特性，有源濾波器有那幾種？ 低通濾波器、高通濾波

15、器、帶通濾波器、帶阻濾波器、全通濾波器36. 理想低通濾波器和實(shí)際低通濾波器有什么區(qū)別？（1） 在頻率小于截止頻率時，理想低通信號全部通過（為1），而實(shí)際低通信號有衰減；（2） 理想低通濾波器是突然衰減到0，而時機(jī)地同是逐漸衰減到0。37. 在濾波器設(shè)計中常用的近似傳遞函數(shù)逼近理想濾波器有那幾種？它們的頻率特性各有什么特點(diǎn)？(1)巴特沃斯逼近：濾波器的幅頻特性在通帶內(nèi)最為平坦，并且單調(diào)變化，在阻帶的衰減較為緩慢，選擇性較差。相頻特性是非線性的。(2)切比雪夫逼近：在電路階數(shù)一定的情況下，其幅頻特性更接近理想的矩形，其幅頻特性在通帶內(nèi)有一定的波動量，在阻帶內(nèi)具有較陡的衰減特性，選擇性好，而且波動

16、越大，選擇性越好。(3).貝塞爾逼近：相頻特性在通帶內(nèi)具有最高的線性度，群延時函數(shù)最接近于常量，濾波器的相頻特性引起的失真最小。38. -模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是什么？ 過采樣 噪聲成形 數(shù)字抽取濾波39. 比較器的結(jié)構(gòu)？反饋網(wǎng)絡(luò) 輸入網(wǎng)絡(luò)AA-鉗位網(wǎng)絡(luò) +Vp + VoVn -輸入電路 反饋電路 輸出鉗位40. 比較器各部分的作用是什么？輸入電路：兩個輸入信號分別接到比較器的兩個輸入端，使得比較器的輸出端為正的最大值或負(fù)的最大值反饋電路：提高比較器的速度和減小在兩信號相等及其附近比較器出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象輸出鉗位：為了避免后續(xù)電路出現(xiàn)過壓和保證遲滯比較器的滯回特性穩(wěn)定41. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本功能？

17、 抽樣 量化 編碼 。抽樣過程將模擬信號在時間上離散化使之成為抽樣信號；量化將抽樣信號的幅度離散化使之成為數(shù)字信號；編碼將數(shù)字信號最終表示成數(shù)字系統(tǒng)所能接受的形式。42. 非線性處理電路包括哪幾種？ 比較電路 限幅放大電路 死區(qū)電路43. 并行比較ADC的結(jié)構(gòu)？ 電阻分壓器，比較器，緩沖器，編碼器44. 電壓頻率變換ADC的結(jié)構(gòu)？ 由電壓/頻率變換電路（由模擬開關(guān)、積分器、比較器組成，見P161）和計數(shù)器組成。模擬開關(guān)在比較器輸出的控制下將輸入信號Vi輸入到積分器，積分器通常采用線性積分電路，積分器的輸出與參考電壓VR相比較，當(dāng)積分器的輸出達(dá)到時，比較器翻轉(zhuǎn)，其輸出控制模擬開關(guān)切換到VF，是與

18、Vi相反的電壓，且幅值較高，或者模擬開關(guān)把積分器短路，使積分器的輸出迅速回零。45. 逐次逼近型ADC的結(jié)構(gòu)？ 比較器，D/A轉(zhuǎn)換器，比較寄存器SAR，時鐘發(fā)生器，控制邏輯電路46DAC的電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分幾種？各自特點(diǎn)是什么？ 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)：每一位的電阻值與這一位的權(quán)值相對應(yīng)，權(quán)值越大對應(yīng)的電阻越小 T型電阻網(wǎng)絡(luò)：電阻只有R和2R兩種，整個網(wǎng)絡(luò)是由相同的電路環(huán)節(jié)組成。各支路電流相同，但隨著 數(shù)碼變更有開關(guān)，影響速度。 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)：各支路電流恒定但不相同，不隨著數(shù)碼變更而開關(guān)，速度快。47. ADC的指標(biāo)都有什么？（1）分辨率（2）轉(zhuǎn)換速率（3）量化誤差（4）偏移誤差（5）滿刻度誤差（6）線性度

19、 （7）精度（8）非線性積分誤差48. 什么是調(diào)制？用要傳輸信號控制高頻信號的某個物理量參數(shù)（幅度、頻率、相位），使這個參數(shù)隨信號而變化的過程稱為調(diào)制49. 什么是解調(diào)？解調(diào)是調(diào)制的逆過程從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出原調(diào)制信號的過程，也稱檢波50. 什么是過采樣？噪聲整形？ 過采樣：設(shè)帶限信號最高頻率為fh，當(dāng)采樣頻率fs大于2fh時，能夠由采樣信號不失真的重構(gòu)原信號，當(dāng)采樣頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2fh時，即是過采樣 噪聲整形： 將原本在整個頻帶內(nèi)平均分布的量化噪聲推到高頻部分。51. DAC的指標(biāo)都有什么？靜態(tài)指標(biāo)：分辨率，標(biāo)稱滿量程與實(shí)際滿量程，精度動態(tài)指標(biāo)：建立時間，尖峰其他指標(biāo)：數(shù)字輸入特性，模擬輸出

20、特性，鎖存特性及轉(zhuǎn)換特性，基準(zhǔn)電源，電源52. -調(diào)制器的工作原理？ 見書187頁原理圖53. 正弦波，方波，三角波如何互相轉(zhuǎn)換？ a.方波/三角波變換 b.三角波/正弦波變換：用低通濾波器（積分電路）濾除三次以上的高次諧波就可獲得正弦信號輸出。c.正弦波/方波變換：過零比較電路（施密特觸發(fā)器）輸入正弦波，輸出方波54. 數(shù)字抽取濾波器的三個作用？ （1）低通濾波經(jīng)噪聲成形濾波后的-調(diào)制器輸出噪聲減至最?。?）濾除奈奎斯特頻率以上的頻率分量以防止由于數(shù)字抽取產(chǎn)生的混疊失真（3）進(jìn)行抽取和濾波運(yùn)算，減少數(shù)據(jù)率，并將1位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為高位數(shù)字信號55. 滯回比較器的工作原理和特性？ 滯回比較器：v

21、o從+VZ躍變到-VZ的 閾值電壓為+VT，vo從-VZ躍變到+VZ的閾值電壓為-VT 左圖為電路，右圖為滯回特性。（具體見P169）這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 56. 窗口比較器的工作原理？窗口比較器：又叫“雙限比較器”，是指在輸入信號的上升沿和下降沿翻轉(zhuǎn)電壓不同的比較器，兩個電壓之間的值為窗口寬度 。窗口比較器常用兩個比較器組成（雙比較器），它有兩個閾值電壓VTHH（高閾值電壓）及VTHL（低閾值電壓），與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入兩個比較器。若VTHLVAVTHH，Vout輸出高電平；若VAVTHL，V