第3章 生物医学常用放大器

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。

稳定电压加到基极，从集电极获得稳定的输
出电流，称为恒流源。电路如图所示：
由GF= io/ ui 得io= GF·ui，因ui恒定，同 时GF ≈1/ Re也恒定，故io恒定。 C、稳定放大倍数Au：
uo=ic·RL´=ib·RL´ （RL´ =RC∥RL） AF=uo/ui= ic·RL´/ui = GF·RL´≈ RL´/ Re
开环电压放大倍数的相对变化量
ΔA/A=40%
闭环电压放大倍数的相对变化量 ΔA/A=5.7%
3、减小非线性失真。
4、展宽放大器的通频带。
5、串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻； 电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增加输出电阻。见 书本59页表3-2. 6、反馈回路中电阻值不宜过大，避免产生热噪声。
馈，若不存在为电压反馈。
3、应用： 例2：判别下列反馈类型。
分析：（a）由于反馈信号和输入信号在同一节点引入，所以为 并联反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压
反馈；此反馈为负反馈（如图所示）。故为电压并联负反馈。
（b）由于反馈信号和输入信号不在同一节点引入，所以为串联 反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压反馈
串联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以串联形式
输入信号和反馈信号在不同节点引入
串联负反馈增加 输入电阻
2
并联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以并联形式
输入信号和反馈信号在同一节点引入
并联负反馈减小 输入电阻
直流反馈
3 交流反馈
反馈信号为直流信号 直流通路中存在反馈 反馈信号为交流信号 交流通路中存在反馈
三、差分放大器（differential amplifier） 1、电路结构：

医学电子学基础
医学电子学基础
1. 电流的形成
2．直流电和交流电的概念。

3．电阻器的符号
4．电容器的符号，电容器的特性。

5．电感器符号，电感器的特性。

6．变压器的符号、用途。

7．欧姆定律
第二章：半导体器件电路基础
1．半导体特性
2. PN结的特性，晶体二极管符号
3．晶体三极管的特性、用途。

4．直流电源的形成。

5．整流电路有哪些？整流电路的工作原理（全波和桥式整流）
6．最基本的滤波电路有哪几种？
7．串联式稳压电路工作原理，电路中元器件作用。

第三章：医用放大器
1．放大器种类、功能、动态、静态。

2．差分放大器的优点：输入阻抗高，能克服零点漂移，抗干扰能力强，共模抑制比高。

3．运算放大器的符号、组成的放大器形式（反相、同
相、差分）
第四章：医用传感器
1．医用传感器的定义、按变换环节分类有几种模式。

2．医用换能器的静态特性指标。

3．半导体的压阻效应。

4．光电效应
第五章：医用电子仪器
1．医用电子仪器三个主要环节
2．中医脉象仪的基本结构框图原理
3．电针麻仪的基本结构图
4．电针麻仪中各种输出波的作用。

5．心电图机的三个特色电路（前置输入电路、级间耦合电路、浮地电路）
6．心电图机的灵敏度、噪声、频响。

医学电子学基础教学大纲【课程名称】医学电子学基础【课程类型】专业基础课【授课对象】医学影像学（影像技术与设备工程）【学时学分】理论62学时，实验28学时，4.5学分一、课程简介医学电子学是医学影像学专业的一门必修专业基础课程。

本课程以电路为基础，重点介绍模拟电路和数字电路，通过教学使学生能够掌握电子学中的基本理论、基本知识，同时也为学生的图像诊断和仪器应用、维护与开发提供电子学基础。

课程适用的专业与年级：四年制本科医学影像技术专业（第一学年）。

安排学时：90学时学分：4.5学分选用教材：《医学电子学基础》（第3版），主编：陈仲本，人民卫生出版社；《医用电工、电子学实验》，主编：柴英，人民卫生出版社。

主要参考书：《医用电子学》，主编：刘鸿莲，人民卫生出版社；《医学电子学基础与医学影像物理学》，主编：潘志达，科学技术文献出版社；《电子技术基础》，主编：康华光，高等教育出版社；《医用电子技术》，魏克斌主编，人民卫生出版社。

二、教学内容与要求第一章电路基础（一）目的与要求在熟悉概念及线性网络的基本定理中认识电子学的基本规律与研究方法。

掌握叠加原理、戴维南定理、诺顿定理、电压源、电流源和它们之间的相互转换；熟悉独立源、受控源的概念；了解RC电路的暂态过程。

（二）教学内容1．电路的基本概念。

2．线性网络的基本定理。

3. RC电路的暂态过程。

重点与难点重点：电压源、电流源和它们之间的相互转换、叠加原理、戴维南定理。

难点：运用线性网络基本定理计算复杂电路。

第二章半导体器件和放大器的基本原理（一）目的与要求1.掌握PN结，晶体二极管特性、晶体三极管的放大作用，晶体三极管的特性曲线，放大电路的基本概念、静态工作点的稳定原理，会用理论和作图两种方法求解静态工作点。

2．熟悉稳压管稳压原理，放大电路基本分析方法，正确运用等效电路计算放大电路的主要性能指标。

3．了解三极管的主要参数，放大电路的三种组态，负反馈多级放大电路的耦合方式。