生物医学信号放大器

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（2016 —2017 学年第一学期）课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016.12.28一、实验目的1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理；2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响；3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。

二、实验原理三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。

图2-1 心电图（ECG）前置放大器原理图如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A1、A2、A3的理想特性，R5、R6、R7中的电流相等，得到622721511R U U R U U R U U o i i i i o -=-=- 从而导出（R6=R5）)()(217511i i i o U U R R U U -=- )()(2175022i i i U U R R U U -=- 以上二式相加得))(21()(217521i i o o U U R R U U -+=- 由于)(21810o o o U U R R U --= 则其差模增益为)21(7581012R R R R U U U A i i o d +=-= 只要调节R7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。

三、实验内容及步骤1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路。

2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中。

模拟输入 输出示波器（波形） 万 用 表 交流档 直流档正弦波100μV/50H z2.2954mV 1.7997mV0V0 1.7998mV矩形波0.1mV/50H/90%0.6985mV0.2584mV 3模拟输入输出放大倍数放大倍数计算值正弦波100μV/50Hz2.2954mV22.95234；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。

反馈放大电路是一种常见的电路设计技术，旨在增加电路的放大倍数以及稳定性。

在电子技术领域中，反馈放大电路的应用非常广泛，如音频放大器、电视调谐器以及放大器等等。

本篇文章将介绍反馈放大电路教案，以帮助初学者理解反馈放大电路的基础知识。

1.反馈放大电路的概念反馈放大电路是指将输出信号的一部分反馈回放大器输入端的电路，可以抑制非线性失真现象，提高电路的总体稳定性和性能。

反馈放大电路通常被分为两类，即正反馈放大电路和负反馈放大电路。

正反馈放大电路是指将一部分输出信号反馈到放大器输入端，导致放大器输出相反的信号；而负反馈放大电路则是将部分输出信号反馈回放大器输入端，使得放大倍数减小，电路稳定性更高。

2.反馈放大电路的分类与特点按照反馈信号来源的不同，可以将反馈放大电路分为电压反馈、电流反馈和混合反馈三种类型。

（1）电压反馈：电压反馈电路是指将放大器输出端的部分电压信号反馈到放大器输入端，以控制放大倍数和电路稳定性。

这种电路的典型代表是以放大器的输出电阻作为反馈电阻的反馈电路，主要特点是可靠性高，工作稳定，输出电压可靠。

（2）电流反馈：电流反馈是指将电路的输出电流信号反馈到放大器的输入端，通过控制输入电流来调节输出电压，使放大器达到所需的工作状态。

电流反馈具有快速和高精度的优点，是一种较为实用的反馈方式。

（3）混合反馈：混合反馈是指将电压反馈和电流反馈结合起来的一种反馈方式，通过电阻、电容等元器件的网络方式将反馈电压和反馈电流耦合在一起，达到输出电路的调节目的。

3.反馈放大电路的应用反馈放大电路广泛应用于各种电子器件中，以提高电路的性能和稳定性。

其主要应用包括以下几个方面：（1）音频放大器：音频放大器通常采用负反馈放大电路，以增加放大倍数，提高音质和稳定性。

（2）视频放大器：电视、监控等领域中的视频放大器，也采用负反馈放大电路，以提高图像的信噪比和清晰度。

（3）生物医学信号放大器：生物信号很小，需要进行放大和过滤，反馈放大电路也是实现这一目标的一个重要手段。

简述生物电信号对生物医学放大器的要求生物电信号是生物体内产生的微弱电信号，对于生物医学放大器来说，这些信号的放大和测量至关重要。

以下是生物电信号对生物医学放大器的要求：1.高灵敏度：生物电信号非常微弱，有时只有几毫伏甚至几微伏，因此生物医学放大器需要具有高灵敏度才能检测到这些微弱信号。

高灵敏度的放大器能够将微弱的电信号转换为较大的输出电压或电流，方便后续的处理和测量。

2.低噪声：生物电信号的频率和幅度都存在很大的变化范围，因此生物医学放大器需要具有低噪声性能，以避免对信号的干扰和失真。

低噪声放大器能够将背景噪声降低到最小程度，提高信噪比，从而获得更准确的信号测量结果。

3.宽频带：生物电信号的频率范围很宽，从直流到几百千赫兹不等。

因此，生物医学放大器需要具有宽频带特性，以便能够覆盖生物电信号的整个频率范围。

宽频带放大器能够快速地响应各种频率的信号，并保持稳定的增益和相位响应。

4.低失调：生物电信号的直流电平可以很高，因此生物医学放大器需要具有低失调性能，以确保对信号的准确测量。

低失调放大器能够将输入信号中的直流分量准确地传递到输出端，从而提高测量的准确性和稳定性。

5.高增益：生物电信号的幅度通常很微弱，需要进行大幅度放大才能进行后续处理和测量。

因此，生物医学放大器需要具有高增益性能，以便将微弱信号放大到足够的幅度。

高增益放大器能够将输入信号进行大比例的放大，提高信号的可读性和可处理性。

6.低漂移：生物电信号的幅度和频率可能会随时间发生变化，因此生物医学放大器需要具有低漂移性能，以确保对信号的准确测量。

低漂移放大器能够将输入信号中的频率和幅度变化准确地传递到输出端，从而获得更稳定的测量结果。

7.多通道：生物电信号的采集通常需要同时对多个通道进行测量。

因此，生物医学放大器需要具有多通道特性，以便能够同时对多个信号进行放大和测量。

多通道放大器能够同时接收和放大多个输入信号，提高信号采集的效率和准确性。

8.兼容性：生物医学放大器需要与各种不同的生物医学仪器和系统兼容使用，因此需要具有良好的兼容性。

生物医学工程学中的电生理信号处理技术电生理学是利用电生物学原理和技术对生物体内的电活动进行测量、记录、分析和处理的学科，广泛应用于医学、生理学、神经科学等领域。

电生理信号处理技术是其中的重要分支，对于研究人类生理、病理机制、开发医疗设备以及实现生命科学与工程学的互动都具有重要的意义。

一、电生理信号的类型生物体内的电生理信号主要包括以下几类：心电图、脑电图、肌电图、神经元电位、心脏电生理信号等。

这些信号在幅值、频率、时域、空域等方面都有不同的特点，需要用不同的技术进行处理和分析。

二、电生理信号处理技术1. 信号采集电生理信号采集是最基本的步骤，其质量直接影响后续的信号处理和分析结果。

常用的电生理信号采集设备有放大器、滤波器、模数转换器等。

根据信号类型的不同，可以选择不同的采集设备和采集参数。

2. 信号增益信号增益是指将信号幅度放大到便于观测和分析的程度。

不同的信号需要不同的增益，过大或过小的增益都会影响信号的质量和可读性。

增益的选择需要根据信号幅度、采集设备和后续分析的需要等多种因素综合考虑。

3. 信号滤波信号滤波是指去除信号中的高频或低频成分，以保留感兴趣的频率范围内信号。

常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

滤波器的选择需要考虑信号的特性、信噪比、易失真程度等因素。

4. 信号分析信号分析是基于采集的信号进行数字化处理、变换和解释。

常用的信号分析技术有功率谱分析、小波分析、时频分析、相关分析、频域分析等。

这些技术可以从信号的不同方面进行分析和解释，例如信号的频率特征、时域特征、空间分布等。

三、应用案例电生理信号处理技术广泛用于医学、神经科学、生理学等领域。

以下是一些典型的应用案例：1. 心电图的分析和诊断：通过对心电图的采集、滤波和分析，可以判断心脏的节律性、心肌缺血等病理情况，为医生诊断和治疗提供依据。

2. 脑电图的研究：脑电图可以记录大脑活动状态，是研究大脑认知、情感、疾病等方面的重要手段。

生物医学工程中的生物信号采集和信号处理技术生物医学工程是一门集生物学、医学和工程学于一体的学科，它关注的是如何将工程技术应用于医学和生物学领域以解决相关问题。

其中，生物信号采集和信号处理技术是生物医学工程中极为重要的一环。

本文将深入探讨生物信号采集和信号处理技术的相关知识。

一、生物信号生物信号是生物体内产生的反映其内部生理和生化状态的信号，也可以是来自外部环境机械、电磁等刺激产生的信号。

常见的生物信号包括心电信号、脑电信号、肌电信号、眼电信号、血压信号等。

这些信号的特点是具有很强的随机性和非线性特征，同时还具有不同的频域和幅值特征。

二、生物信号采集技术生物信号采集是得到生物信号的关键步骤。

采集技术的选择和设计会影响到后续信号处理的结果。

现在，随着科学技术的不断发展和进步，生物信号采集技术越来越先进、精确和丰富。

下面介绍几种常见的生物信号采集技术：1.心电图信号采集技术心电图是记录心脏电活动的信号，可反映心脏的生理状态。

心电信号采集系统由导联、信号放大器和记录仪组成。

具体操作是将导联电极贴在特定的皮肤区域上，通过放大器将信号放大，并录制下来。

需要注意的是心电信号采集需要保证稳定的信号引导、信号放大和信号输出。

2.血压信号采集技术血压信号采集是通过测量生物体血压来得到的。

血压计一般可通过手腕或者上臂测量血压，其中手腕式血压计主要采用离散波形来表示血压信号，较为常见的有运动式血压计。

而上臂式血压计则采用频域分析的方式，更能反映血压信号的频域特征。

在血压信号采集时需要注意保持测量环境安静，避免任何身体动作和呼吸等影响血压的因素。

3.脑电信号采集技术脑电信号采集是通过测量生物体头皮上的电位来得到的，反映出人体大脑的电活动。

多数情况下，EEG采集系统由电极、放大器和记录器组成。

电极放置位置非常重要，通常根据在头皮上放置的位置来分为标准多导EEG系统，功能性脑成像中使用的装置，以及专用于研究特定脑区活动的装置等三类。