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1、第五章第五章生物电放大基础和心生物电放大基础和心电图测量电图测量 常向荣 要求掌握要求掌握q差动放大器差动放大器q差模输入差模输入q共模输入共模输入q差模放大倍数差模放大倍数q共模放大倍数共模放大倍数q共模抑制比共模抑制比q电路不平衡造成的共模输出电路不平衡造成的共模输出q生物电信号测量的意义：生物电信号测量的意义：生物电现象是反映生命活动的重要信息生物电现象是反映生命活动的重要信息生物电测量是人体生理状态监测的主要方法生物电测量是人体生理状态监测的主要方法q生物电信号特点：生物电信号特点：生物电信号大都属于低频生物电信号大都属于低频,微弱和强噪声背微弱和强噪声背景下的自然信号景下的自然信号
2、q本章将详细介绍生物电放大器的基本原本章将详细介绍生物电放大器的基本原理和电路组成原理。理和电路组成原理。q生物电放大器的核心是生物电放大器的核心是前置放大器前置放大器，是，是本章的重点。本章的重点。q心电图测量是生物电最典型的应用，介心电图测量是生物电最典型的应用，介绍心电图测量基本原理。绍心电图测量基本原理。5.1生物电放大器前置级原理生物电放大器前置级原理q生物电放大器常用于生物体任意两点间生物电放大器常用于生物体任意两点间电位差作多种组合的测量。电位差作多种组合的测量。q生物电放大器前置级必须采用生物电放大器前置级必须采用差动放大差动放大电路。电路。5.1-1基本要求基本要求q根据生物
3、电信号特点，对生物电放大器根据生物电信号特点，对生物电放大器前置级提出的要求：前置级提出的要求：高输入阻抗，高输入阻抗，高共模抑制比，高共模抑制比，低噪声、低漂移低噪声、低漂移设置保护电路等。设置保护电路等。1高输入阻抗高输入阻抗q生物电信号是通过人体皮肤，电极，生物电信号是通过人体皮肤，电极，2米米长导联线进入放大器长导联线进入放大器q电极和皮肤接触压力有变化，使人体组电极和皮肤接触压力有变化，使人体组织液和导电膏中的离子浓度发生变化，织液和导电膏中的离子浓度发生变化，导致电极阻抗产生导致电极阻抗产生k 或几十或几十k 的变化。的变化。q生物电信号属于高内阻微弱信号源，源生物电信号属于高内阻
4、微弱信号源，源阻抗大小因人而异、因生理状态而异。阻抗大小因人而异、因生理状态而异。q放大器输入阻抗不高会在输出端产生干放大器输入阻抗不高会在输出端产生干扰。扰。包括电极包括电极,信号源和放大器输入回路等效电路：信号源和放大器输入回路等效电路：RT1、RT2 - 人体电阻，几十 RS1、RS2 - 电极与皮肤接触电阻，几十 k。 CS1、CS2 - 电极与皮肤间分布电容，几十pF RL1、RL2 - 输入保护电阻，通常30 k Ri - 放大器输入电阻q粗略估计放大器输入端信号源内阻约粗略估计放大器输入端信号源内阻约100k 。q如果放大器输入阻抗为如果放大器输入阻抗为10M ，源内阻与，源内阻
5、与放大器输入阻抗相比为放大器输入阻抗相比为1:100。q上述各种因素造成的失真和误差可减小上述各种因素造成的失真和误差可减小到到1%。q例：例：如果信号源的内阻为如果信号源的内阻为100K，则放大器输入内，则放大器输入内阻至少为阻至少为1M M，现设计信号源内阻为现设计信号源内阻为10M M，则各种因素造成，则各种因素造成的信号源内阻的变化，所引起的测量误差都可的信号源内阻的变化，所引起的测量误差都可以减小到忽略不计以减小到忽略不计实际放大倍数：讨论：如果信号源内阻从讨论：如果信号源内阻从2K 变化到变化到15K ，在在Zi1M 的情况下，的情况下，在在Zi5M 的情况下：的情况下：常用的输入
6、阻抗指标常用的输入阻抗指标2.高共模抑制比（高共模抑制比（CMRR）q共模抑制比共模抑制比CMRR的定义的定义:CMRR=20lg（Ad/Ac）（dB）其中其中Ad,Ac分别为放大器的差模增益和分别为放大器的差模增益和共模增益。共模增益。q为抑制人体的工频干扰，放大器应选用为抑制人体的工频干扰，放大器应选用选高共模抑制能力差动放大形式。选高共模抑制能力差动放大形式。生物电测量的信号和干扰分析生物电测量的信号和干扰分析q几个结论：几个结论：q生物电信号表现为差模信号，干扰为共生物电信号表现为差模信号，干扰为共模信号模信号q采用差动放大器放大差模信号，抑制共采用差动放大器放大差模信号，抑制共模信号
7、模信号q生物电放大器生物电放大器CMMR值要求值要求60100dB，高性能放大器，高性能放大器CMRR达达120dBqCMRR是前置放大器最重要指标是前置放大器最重要指标共模向差模转化共模向差模转化q信号源内阻不可能完全相等信号源内阻不可能完全相等q各电极处皮肤接触电阻不平衡各电极处皮肤接触电阻不平衡q电极的物理状态不可能完全对称电极的物理状态不可能完全对称以上原因造成电路的不对称性，以上原因造成电路的不对称性，结果，使得共模干扰向差模转化（对测量极结果，使得共模干扰向差模转化（对测量极其不利）其不利）例，当电路不对称时，共模电压向差模例，当电路不对称时，共模电压向差模输出转化：输出转化：A、
8、B两点处共模电压降为：两点处共模电压降为：则共模电压转化为差模电压：则共模电压转化为差模电压：讨论：讨论：Zs1和和Zs2相差相差5k，则对于，则对于10mV的共模干扰电压，的共模干扰电压，若打算限制在若打算限制在10V以下，求放大器的输入阻抗以下，求放大器的输入阻抗进一步说明了，对生物信号放大器，需要高的输入阻抗进一步说明了，对生物信号放大器，需要高的输入阻抗3.低噪声、低漂移低噪声、低漂移q放大器本身固有的噪声是确定放大器能放大器本身固有的噪声是确定放大器能够放大信号大小的下限够放大信号大小的下限q设计放大器使得其对外界噪声的抑制和设计放大器使得其对外界噪声的抑制和本身固有噪声在同一个数量
9、级上（噪声本身固有噪声在同一个数量级上（噪声系数）系数）4.设置保护电路设置保护电路q人体的安全人体的安全q控制其对同时测量的其他设备的干扰控制其对同时测量的其他设备的干扰5.1-2差动放大电路差动放大电路q放大器前置级，都采用差动放大电路结放大器前置级，都采用差动放大电路结构。构。分析：分析：1、共模信号和差模信号、共模信号和差模信号2、两个输入端、两个输入端3、反馈性质、反馈性质4、理想运算放大器分析：虚短、虚断、理想运算放大器分析：虚短、虚断5、 U0由由U1和和I表示表示6、 U0 由共模信号和差模信号表示由共模信号和差模信号表示7、什么条件可使共模输出为、什么条件可使共模输出为08、
10、理想条件下共模抑制比为多少、理想条件下共模抑制比为多少 8、理想条件下闭环差模增益、理想条件下闭环差模增益q分析：两个输入端信号分析：两个输入端信号ui1和和ui2q按共模电压按共模电压uic和差模信号和差模信号uid定义定义差模信号差模信号共模信号共模信号即两个输入端信号的算术平均值即两个输入端信号的算术平均值 即两个输入端信号之差即两个输入端信号之差 q用理想运放的条件分析，由用理想运放的条件分析，由R1和和Rf电流电流相等得到关系式相等得到关系式qq代入以上定义有：代入以上定义有：q输出分两项输出分两项:q共模输出共模输出uoc=Ac*uic,共模增益共模增益Acq差模输出差模输出uod
11、=Ad*uid,差模增益差模增益Adq如果选择外回路各电阻参数，使得如果选择外回路各电阻参数，使得则无共模输出，即共模输入则无共模输出，即共模输入uic完全被抑制。完全被抑制。q如果电路平衡，电阻满足对称要求，即如果电路平衡，电阻满足对称要求，即q得到外回路电阻的匹配条件：得到外回路电阻的匹配条件：R1=R2,RF=R3q得到理想闭环差模增益得到理想闭环差模增益:q共模增益共模增益Ac=0，无共模输出。理想的差，无共模输出。理想的差动放大器动放大器CMRR= q实际差动放大器共模抑制比不能达到实际差动放大器共模抑制比不能达到 ，将取决于两个因素将取决于两个因素CMRRR和和CMRRD：CMRR
12、R是外回路电阻匹配精度所限定的放是外回路电阻匹配精度所限定的放大器共模抑制比；大器共模抑制比；CMRRD是集成器件本身共模抑制比。是集成器件本身共模抑制比。1.电阻精度所限定的共模抑制比电阻精度所限定的共模抑制比CMRRRq设理想运放，由电阻精度限制的共模输设理想运放，由电阻精度限制的共模输出为出为UocR。放大器共模增益为：。放大器共模增益为：q设电阻精度为设电阻精度为 1q各电阻分别为：各电阻分别为：q设：设： 1= 2= 3= 4= 1q整理得共模增益：整理得共模增益：q 小，共模增益才小。小，共模增益才小。q由电阻精度限定的放大器共模抑制比为由电阻精度限定的放大器共模抑制比为q例如：例
13、如：Ad=1000 0.1,CMRRR为为80dB数量级数量级 0.01,CMRRR为为100dB数量级数量级结论：结论：qCMRRR与电阻精度与电阻精度 有关，与放大器闭有关，与放大器闭环差模增益环差模增益Ad有关。有关。q 越小，越小，Ad越大，则放大器共模抑制比越越大，则放大器共模抑制比越大。大。5.1.2.2集成运算放大器本身共模抑制比集成运算放大器本身共模抑制比q讨论：讨论： CMRRD的存在所产生的的存在所产生的共模输出电共模输出电压压。即。即UocUocq由共模抑制比的定义可以得到：由共模抑制比的定义可以得到：分析分析：共模抑制比共模抑制比共模放大倍数共模放大倍数注意注意，得到的
14、共模输入电压，通过差模放大倍数等，得到的共模输入电压，通过差模放大倍数等效一个误差电压，效一个误差电压，这个误差电压的大小：应该有共这个误差电压的大小：应该有共模输出模输出/？等效共模误差由共模输入和共模抑制比表示为：等效共模误差由共模输入和共模抑制比表示为：？2.集成器件本身的共模抑制比集成器件本身的共模抑制比CMRRD:q实际运放存在实际运放存在有限有限共模抑制比共模抑制比CMRRDq对差动放大器影响的推导：对差动放大器影响的推导：CMRRD存在必产生共模输出电压。存在必产生共模输出电压。由共模抑制比定义由共模抑制比定义,CMRRD为放大器差动增益为放大器差动增益Ad=Ad与共模增益与共模
15、增益Ac之比之比,即即q按定义共模增益按定义共模增益Ac为共模输出电压与共为共模输出电压与共模输入电压之比模输入电压之比,即即q共模输出电压共模输出电压Uoc可用一可用一折合到放大器折合到放大器输入端的共模误差电压输入端的共模误差电压(即即Uic)表示为表示为q即即公式表明：公式表明：q由于运放大本身由于运放大本身CMRRD，共模输出，共模输出Uoc可等效为一个输入端共模误差电压可等效为一个输入端共模误差电压,即等效的非有用信号的差模电压即等效的非有用信号的差模电压Uicq共模误差电压共模误差电压Uic将按差模增益被放大，将按差模增益被放大，但它不是信号而是类似干扰的误差，称但它不是信号而是类
16、似干扰的误差，称共模误差电压。共模误差电压。q共模误差电压共模误差电压Uic是由于器件本身是由于器件本身CMRRD有限而产生。可按等效原理计算有限而产生。可按等效原理计算CMRRD等效变换过程：等效变换过程：q有共模输入，差动放大器有限有共模输入，差动放大器有限CMRRD，q等效转换为共模误差电压等效转换为共模误差电压Uic结论：结论：q上述转换可以推广：对任何一种器件，上述转换可以推广：对任何一种器件，只要只要CMRR有限，都可以理解为该器件有限，都可以理解为该器件输入有一个共模转化成差模而形成共模输入有一个共模转化成差模而形成共模误差电压误差电压Uic。qUic的计算：为共模输入与器件共模
17、抑制的计算：为共模输入与器件共模抑制比的比值。比的比值。qUic的作用：可同差模一样进行放大。的作用：可同差模一样进行放大。3差动放大器共模抑制比计算差动放大器共模抑制比计算q差动放大器差动放大器CMRR：由外回路电阻精度：由外回路电阻精度引起的引起的CMRRR和器件本身和器件本身CMRRD两部两部分组成分组成q在差动放大电路输出端产生总的在差动放大电路输出端产生总的共模共模输输出电压为出电压为qAcR为仅考虑电阻的共模增益为仅考虑电阻的共模增益,Ad为差模为差模增益增益q差动放大电路总共模增益为差动放大电路总共模增益为q差动放大电路总共模抑制比差动放大电路总共模抑制比CMRR是是q例例1已知
18、差动放大电路所用的已知差动放大电路所用的IC器件共器件共模抑制比模抑制比CMRRD=100dB,放大电路闭环放大电路闭环差动增益差动增益Ad=20,电阻误差电阻误差=0.1%。求。求差动放大电路的共模抑制比。差动放大电路的共模抑制比。q解：因电阻精度的共模抑制比为解：因电阻精度的共模抑制比为q放大器的总共模抑制比放大器的总共模抑制比结论：结论：q差动放大电路为具有共模抑制比放大器。差动放大电路为具有共模抑制比放大器。q生物电放大器应选用差动放大电路形式。生物电放大器应选用差动放大电路形式。q差动放大电路的输入阻抗不高，应采用差动放大电路的输入阻抗不高，应采用同相并联差动放大电路。同相并联差动放
19、大电路。5.1-3同相并联差动放大电路同相并联差动放大电路q同相并联差动放大电路结构组成：同相并联差动放大电路结构组成：q同相并联差动放大由两级电路组成同相并联差动放大由两级电路组成q第一级：同相并联放大电路第一级：同相并联放大电路特点具有高输入阻抗，达特点具有高输入阻抗，达10M 以上。以上。具有对称结构抑制共模干扰。具有对称结构抑制共模干扰。q第二级：差动放大电路第二级：差动放大电路具有共模抑制能具有共模抑制能力。力。1第一级分析第一级分析q同相并联级计为同相并联级计为CMRR12假设理想假设理想情况：情况：A1,A2，RF,Rwq输出分别为输出分别为uo1和和uo2q根据回路中电流相等根
20、据回路中电流相等,得：得：q第一级总输出电压第一级总输出电压q第一级差模增益为：第一级差模增益为：分析：分析：q理论上：同相并联结构具有完全对称电理论上：同相并联结构具有完全对称电路形式，输出没有共模电压，共模抑制路形式，输出没有共模电压，共模抑制比很大。比很大。q实际：第一级为实际：第一级为CMRR12取决两运取决两运放放A1,A2自身共模抑制比的差异。自身共模抑制比的差异。q设设A1、A2分别为有限值分别为有限值CMRR1、CMRR2q按前述结论，共模输入为按前述结论，共模输入为uic使得使得qA1在其输入端存在共模误差电压在其输入端存在共模误差电压Uic/CMRR1qA2在它输入端存在共
21、模误差电压在它输入端存在共模误差电压Uic/CMRR2q共模误差输出总电压（第一级）：共模误差输出总电压（第一级）：q第一级共模增益第一级共模增益q第一级共模抑制比第一级共模抑制比CMRR12:第一级小结：第一级小结：q第一级电路第一级电路CMRR12取决取决A1和和A2本身共本身共模抑制比的差异。模抑制比的差异。q为使第一级获得高共模抑制比，为使第一级获得高共模抑制比，A1,A2器器件件CMRR1和和CMRR2的数值是否高并不的数值是否高并不重要，重要的是它们的对称性。重要，重要的是它们的对称性。q（实际使用时同相并联电路后必须有一（实际使用时同相并联电路后必须有一级差动放大，消除双端共模电
22、压。）级差动放大，消除双端共模电压。）q例如例如:qCMRR1和和CMRR2分别为分别为80dB、90dB,则则CMRR12为为83dB。q而而CMRR1和和CMRR2分别为分别为80dB和和80.5dB，则则CMRR12可高达可高达160dB2两级总共模抑制比分析两级总共模抑制比分析q同相并联差动放大电路：同相并联差动放大电路：q两级放大电路差模增益为：两级放大电路差模增益为：q第一级：共模抑制比第一级：共模抑制比CMRR12q第二级：差动放大级为第二级：差动放大级为CMRR3q二级电路共同产生共模输出电压，用叠二级电路共同产生共模输出电压，用叠加原理分析，加原理分析，q总共模输出为：总共模
23、输出为：q总共模增益：总共模增益：q两级放大电路总共模抑制比为两级放大电路总共模抑制比为结论：结论：q同相并联差动放大电路共模抑制能力取同相并联差动放大电路共模抑制能力取决于：决于：q第一级运放的第一级运放的CMRR1和和CMRR2对称度对称度q第一级差动增益第一级差动增益Ad1q第二级差动放大器的第二级差动放大器的CMRR3q生物电放大电路设计应按照以上原理和生物电放大电路设计应按照以上原理和方法进行。方法进行。例例2题：题：q下图示为一同相并联结构的下图示为一同相并联结构的ECG前置级前置级实用电路，所用器件共模抑制比均为实用电路，所用器件共模抑制比均为100dB。输入回路中两电极阻抗分别
24、为。输入回路中两电极阻抗分别为20k、23k。放大器输入阻抗实际有。放大器输入阻抗实际有80M，放大器中所用电阻精度，放大器中所用电阻精度 =0.1%,其它参数如图所示。求包括电极系统在其它参数如图所示。求包括电极系统在内的放大电路的总共模抑制比。内的放大电路的总共模抑制比。例例2题：题：q解：解：q共模误差电压由输入回路电阻、第一级、共模误差电压由输入回路电阻、第一级、第二级放大电路共同产生的。第二级放大电路共同产生的。q电极阻抗不平衡，将造成共模电压向差电极阻抗不平衡，将造成共模电压向差模电压的转化。模电压的转化。q如果严格选择如果严格选择A1、A2共模抑制比对称性；共模抑制比对称性；则第
25、一级共模抑制比则第一级共模抑制比CMRR12可视为可视为,它不在输出端产生共模误差它不在输出端产生共模误差q只需计算电极阻抗不平衡引起共模输出只需计算电极阻抗不平衡引起共模输出Uoc：q和和A3组成的第二级共模抑制比有限产生组成的第二级共模抑制比有限产生共模输出共模输出Uoc”。q其中其中q总差模增益：总差模增益：Ad=Ad1Ad2=55q对于差动放大器对于差动放大器A3：CMRRR=（1+Ad2）/4 =(1+5)/(410-3)=1500qCMRRD=100(dB)=105q差动放大器总共模抑制比差动放大器总共模抑制比q由输入回路和第二级放大电路共同在输由输入回路和第二级放大电路共同在输出
26、端产生共模误差为：出端产生共模误差为：q整个电路共模增益为整个电路共模增益为：q总共模抑制比为总共模抑制比为q由于电极阻抗不平衡造成总共模抑制比由于电极阻抗不平衡造成总共模抑制比下降了下降了4dB。生物电放大器前置级设计步骤为：生物电放大器前置级设计步骤为：q(1)器件选择器件选择:通过测量通过测量,确定确定A1,A2共模抑制比严格对称共模抑制比严格对称（通常相差不应超过（通常相差不应超过0.5dB）和）和A3共模抑制共模抑制比应该很高（通常大于比应该很高（通常大于100dB）q(2)电阻精度电阻精度:第二级差动放大电路中电阻的匹配精第二级差动放大电路中电阻的匹配精度是主要的。（典型设计中电阻
27、精度度是主要的。（典型设计中电阻精度从从02提高到提高到01时，对于两级差模增益的时，对于两级差模增益的各种不同分配，总共模抑制比都有各种不同分配，总共模抑制比都有6dB的改的改善。）善。）q(3)前置级增益前置级增益Ad1:前置级增益确定后，前置级增益确定后，Ad1,Ad2互相制约，但互相制约，但Ad1值取得较高一些，是有利于总共摸抑制值取得较高一些，是有利于总共摸抑制能力提高的。能力提高的。5.1-4前置级共模抑制能力改善的方法前置级共模抑制能力改善的方法q对于实际生物电信号前置级放大器，除对于实际生物电信号前置级放大器，除上述方法外，还通过其它电路设计方法，上述方法外，还通过其它电路设计
28、方法，使放大器获得更高的共模抑制能力使放大器获得更高的共模抑制能力q例如共模屏蔽驱动，共模驱动等例如共模屏蔽驱动，共模驱动等1共模屏蔽驱动共模屏蔽驱动q从与人体相接触电极到测量系统，通常从与人体相接触电极到测量系统，通常有大于有大于1m的屏蔽电缆（导联引线）。存的屏蔽电缆（导联引线）。存在分布电容在分布电容C1，C2，电极阻抗，电极阻抗RSqRS不平衡，则不平衡，则RS1C1RS2C2，造成共，造成共模电压不等量衰减，使放大器模电压不等量衰减，使放大器CMRR下下降。降。q共模屏蔽驱动：使屏蔽层电容不起衰减共模屏蔽驱动：使屏蔽层电容不起衰减作用的措施。作用的措施。q取放大电路共模电压用以驱动屏
29、蔽层，取放大电路共模电压用以驱动屏蔽层，使分布电容使分布电容C1，C2对共模电压不产生分对共模电压不产生分流，相当于在共模作用下电缆屏蔽层分流，相当于在共模作用下电缆屏蔽层分布电容不复存在。布电容不复存在。屏蔽层驱动电路设计屏蔽层驱动电路设计qA1，A2为缓冲器，其输出分别为：为缓冲器，其输出分别为：(Uic+Uid/2),(UicUid/2)。q用一简单电阻网络用一简单电阻网络R-R接在接在A1、A2输出输出端，在此网络中点取出端，在此网络中点取出A1，A2输出电压输出电压的平均值，这一平均电压即等于的平均值，这一平均电压即等于Uic。q经过缓冲放大器经过缓冲放大器A3驱动屏蔽层，从而消驱动
30、屏蔽层，从而消除共模电压由除共模电压由C1、C2引起的不均衡衰减。引起的不均衡衰减。2.共模驱动共模驱动q生物电前置级常设置一电路用于将人体生物电前置级常设置一电路用于将人体共模信号负反馈加给人体，以便抵消共共模信号负反馈加给人体，以便抵消共模干扰的影响，称为共模驱动或者右腿模干扰的影响，称为共模驱动或者右腿驱动电路，驱动电路，原理图原理图q共模驱动电路在放大器前置缓冲级用一共模驱动电路在放大器前置缓冲级用一组等值电阻取出共模电压，然后经过一组等值电阻取出共模电压，然后经过一个高增益反相放大器将反相的共模信号个高增益反相放大器将反相的共模信号反馈给人体抵消共模干扰的影响。反馈给人体抵消共模干扰
31、的影响。q假设人体干扰源为假设人体干扰源为Uc,C1为干扰源对人体为干扰源对人体分布电容分布电容,C2为人体对地的分布电容为人体对地的分布电容,qR1为人体对地的电阻为人体对地的电阻,R2为反馈电阻，即为反馈电阻，即右腿驱动限流电阻右腿驱动限流电阻,Ri前置缓冲级输入阻前置缓冲级输入阻抗抗,qUc1为测量电极处实际共模电压为测量电极处实际共模电压,Uc2为共为共模获取电路的输出共模电压模获取电路的输出共模电压,且且qUc2Uc1q共模驱动放大器增益共模驱动放大器增益K。其输出为。其输出为qUc3KUc1q根据电路有根据电路有q通常，共模驱动放大器增益通常，共模驱动放大器增益K取值很大，取值很大
32、，分母中分母中q远远大于前面两项远远大于前面两项,则上式的模值可以简则上式的模值可以简化为化为q表明表明:加入共模驱动电路后，人体共模信加入共模驱动电路后，人体共模信号号Uc1和共模驱动放大器增益和共模驱动放大器增益K成反比，成反比，K值一般都很大，使值一般都很大，使Uc1大幅度下降。大幅度下降。q人体共模信号人体共模信号Uc1还和右腿驱动限流电阻还和右腿驱动限流电阻R2成正比，所以成正比，所以R2值应越小越好，值应越小越好，q但是为防止过大的驱动电流引起电击现但是为防止过大的驱动电流引起电击现象，所以象，所以R2取值不能太小。取值不能太小。R2可以选择可以选择100k。5.1-5集成的仪器放
33、大器集成的仪器放大器AD620q同相并联差动放大有系列集成器件，称谓仪表同相并联差动放大有系列集成器件，称谓仪表放大器放大器,例如例如AD公司的公司的AD620等。等。q在同相并联差动放大基础上，用激光晶片校准在同相并联差动放大基础上，用激光晶片校准技术，仅用一个外接电阻对增益进行准确的确技术，仅用一个外接电阻对增益进行准确的确定定q在在1和和8脚间接入电阻脚间接入电阻RG以设置所需增益以设置所需增益G：qRG取不同值时取不同值时,得到得到1到到1000电压增益电压增益优点：优点：qq低频噪声小低频噪声小,从从0.1Hz10Hz的噪声电压的噪声电压p-p值为值为0.28v,失调电压、温漂都很小
34、失调电压、温漂都很小,共模抑制比为共模抑制比为110dB,带宽带宽120kHz(G=100)。q使用时使用时,Ref端通常接地端通常接地,确保良好接地是保持高共模抑确保良好接地是保持高共模抑制比必须的。制比必须的。q稳定性、温漂稳定性、温漂:电阻电阻RG应选用精密线绕电阻。应选用精密线绕电阻。q电源端常外接电源端常外接0.1F电容电容,为去除耦合干扰为去除耦合干扰,应用时要注应用时要注意就近接地。意就近接地。qAD620不仅可用于心电、脑电放大不仅可用于心电、脑电放大,也可放大通过压力也可放大通过压力传感器经变压器耦合或电桥提取的生理压力信号。传感器经变压器耦合或电桥提取的生理压力信号。ECG
35、放大器放大器q前置放大器的前置放大器的AD620的增益约为的增益约为7,加上后加上后级放大，总增益约为级放大，总增益约为1000。q右腿驱动回路，由右腿驱动回路，由R2和和R3取出共模电压，取出共模电压，经经AD705运放组成的反相放大器施加给运放组成的反相放大器施加给右腿，抵消共模干扰。右腿，抵消共模干扰。qAD620的共模屏蔽驱动器以消除输入端的共模屏蔽驱动器以消除输入端不平衡造成共模抑制比的下降。不平衡造成共模抑制比的下降。q通过通过自举自举输入屏蔽电缆的电容输入屏蔽电缆的电容,改进了改进了共模抑制能力共模抑制能力,从而减小了输入端屏蔽电从而减小了输入端屏蔽电缆之间失配电容的影响。得到最
36、佳的共缆之间失配电容的影响。得到最佳的共模抑制比模抑制比CMRR值。值。q习题：习题：q5.1图图5-1所示为同相并联差动结构的所示为同相并联差动结构的ECG前置级放大器电路。所用运放器件前置级放大器电路。所用运放器件的共模抑制比均为的共模抑制比均为A1=100dB,A2=102db,A3=100dB。输入。输入回路中两电极阻抗分别为回路中两电极阻抗分别为22k,23k。放大器的输入阻抗为放大器的输入阻抗为80M。放大器中所。放大器中所用电阻的精度为用电阻的精度为=0.1%，其它参数如，其它参数如图所示。求包括电极系统在内的放大电图所示。求包括电极系统在内的放大电路的总的共模抑制比。路的总的共
37、模抑制比。图图5-1同相并联差动放大器电路同相并联差动放大器电路qq5.2生物电前置级放大器的四条基本要求生物电前置级放大器的四条基本要求是什么？是什么？q5.3输入端电极的电阻不平衡，会造成何输入端电极的电阻不平衡，会造成何种危害？减少其危害的方法是什么？种危害？减少其危害的方法是什么？q5.4差动放大器的共模抑制比由哪两个因差动放大器的共模抑制比由哪两个因素决定？试写出其公式。素决定？试写出其公式。q5.6同相并联差动放大器电路（图同相并联差动放大器电路（图5-1）的优点是什么，该放大器的差模增益是的优点是什么，该放大器的差模增益是多少，总的共模抑制比是多少。多少，总的共模抑制比是多少。q5.7从提高上述放大器的共模抑制比的角从提高上述放大器的共模抑制比的角度，应如何选择电路中的器件。度，应如何选择电路中的器件。q5.8共模驱动和屏蔽驱动为何能提高共模共模驱动和屏蔽驱动为何能提高共模抑制比？试给予说明，要求画出电路。抑制比？试给予说明，要求画出电路。AD620集成芯片结构原理集成芯片结构原理
