生物電測量技術(shù)

生物電測量技術(shù)第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六GainoftheOpAmpInvertinginputamplifierIntegratorDifferentiatorNoninvertinginputamplifierDifferentialamplifierThreeoperationalamplifier以上電路的特點、用途和增益計算公式復(fù)習(xí)第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六2.2生物電放大器第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六生物電放大器基本要求不影響所檢測部位的生理功能；測得的信號不能有畸變；必須能將有用信號和干擾分離開來；必須對可能的電擊傷害提供有效的防護；放大器本身應(yīng)能經(jīng)受得起除顫器、電刀等產(chǎn)生的大電流的沖擊。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六生物電放大器技術(shù)特點采用差分放大器高增益低噪聲高輸入阻抗合適的通頻帶電氣隔離和保護第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六采用差分放大器：只能測得兩個電極之間的生物電的電位差值，差分放大器僅對差模信號作正常放大，對共模信號有抑制作用。由于生物電信號在兩個電極上是不同的，是差模信號，工頻干擾信號在兩個電極上的幅度和相位基本上是相同的，是共模信號。差分放大器可以對差模信號放大而對共模信號抑制。第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六高增益：生物電信號非常弱?。和ǔ７糯笃鞯脑鲆孢_500倍至1000000倍左右，針對不同的信號應(yīng)選擇不同的增益。第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六低噪聲：由于信號弱小，放大器本身的噪聲幅度必須遠低于信號幅度，尤其是放大器的前置級噪聲，它會與信號一起經(jīng)后級放大器放大，因此，前置放大器的元件必須采用低噪聲的。第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六高輸入阻抗：生物電信號的信號源內(nèi)阻很高，提高放大器的輸入阻抗可以提高信號拾取的比例。高輸入阻抗也能減少因各電極阻抗不一致造成的共模干擾。因此，提高輸入阻抗也能提高信噪比。第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六合適的通頻帶：通常是利用濾波器來完成。高通濾波器可以用來消除電極電位漂移；低通濾波器可以用來消除各種高頻噪聲，尤其是工頻噪聲及其諧波，也能用于限制信號的頻寬以防采樣時造成信號混疊。不同生物電信號的頻率范圍不同，放大器的頻率響應(yīng)范圍也是不同的。第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六電氣隔離和保護：現(xiàn)代生物電放大器都采用隔離放大器，使得連接病人的放大器輸入級（應(yīng)用部分）與放大器后級完全電器隔離的。電器隔離的主要目的是防止病人受到電擊，同時，該技術(shù)對抑制電源干擾的影響也有一定的作用。第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六生物電放大器框圖Vout隔離放大器10-1000倍前置放大器10-50倍高通濾波器低通濾波器+-第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六思考題生物電信號有哪些，他們的信號特征是什么？生物電放大器的基本要求和技術(shù)特點是什么？生物電放大器應(yīng)有哪些部分組成？請考慮設(shè)計一個用于心電放大的生物電放大器。（先寫出設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)）第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六前置放大器總的共模增益Gc為D3組成的差模放大器的共模增益，共模抑制比CMRR=Gd/Gc。電路中的R1常被用來調(diào)節(jié)增益差分放大器增益：差模增益：Gd1=1+2R2/R1，共模增益：Gc1=1，總增益：Gd=Gd1Gd2，第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六儀器放大器

instrumentationamplifier有很多這樣的集成電路芯片如AD620，INA118等，可以直接用來作為前置放大器。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六LowCost,LowPower

InstrumentationAmplifierAD620EASYTOUSEGainSetwithOneExternalResistor(GainRange1to1000)WidePowerSupplyRange(±2.3Vto±18V)HigherPerformancethanThreeOpAmpIADesignsLowPower,1.3mAmaxSupplyCurrent第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六

Packagesdualin-linepackage(DIP)CeramicDual-in-LinePackage(Cerdip)Small-OutlineIntegratedCircuit(SOIC)SOICnarrow;SOICwide;miniSOIC第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六噪聲噪聲能量與溫度、頻帶寬度、放大器的電流和電壓噪聲有關(guān)采用低噪聲的前置放大器芯片，已有芯片可以做到噪聲電壓小于和噪聲電流小于。通常場效應(yīng)管的運放的電壓噪聲較雙極型晶體管的運放大，但電流噪聲遠遠小于雙極型晶體管的運放。有限的頻帶寬度：使用濾波器限制頻帶寬度。前級電路的噪聲會被后級放大，這樣就要求前級輸出噪聲小于后級的輸入噪聲，所以第一級元器件的噪聲必須很低，而且增益足夠大。第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六電極電位前置放大器的增益實際上受到電極電位的限制，一般允許兩個電極之間的電位差達到300mV，如果放大器電源采用6V，那么放大20倍基線就處在飽和位置了。通常是采用隔直電容來解決這個問題由于生物電信號中的一些成分接近直流或本身就是直流，如心電圖的s-t段，所以這個高通濾波器的截止頻率很低，如心電圖機的低頻端截止頻率為0.05Hz。第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六電極極化電壓問題第20頁，共21頁，2023年，2月20日，星期六生物電放大器的濾波電路高通濾波器：低頻截止頻率為fL=1/（