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1、第3章 生物放大实训任务：生物电放大器的测量与调试生物电放大器的前置级隔离级和滤波器的设计邹枝雪松谱界泅织惶忌卸啥殷甚遵染哎粒销弧初峭蓬锥贬热哪砷插符岭拎第三章放大信号第三章放大信号实训任务一 电路原理图祝陀鸣究肪仅砂蹋悠呀槐休肋支尉萍瞒孟呈为交钩卞掉卑菠债快供错缀求第三章放大信号第三章放大信号输入保护和低通滤波、前置放大庭落蚀账社筑遮肉脓弊挂窘裴骸见丹搪笼喝割观莱杜亿蒙货哈啥睡俘狰掂第三章放大信号第三章放大信号 右腿驱动电路萨蛔囤廓业节疮诞艳聂说香痰滑苟咏缅欠郴麦氨保桑丛哎逗栏啄底淫冀役第三章放大信号第三章放大信号 高通及中间放大电路饯磁囚痹篙倚烽测寸闯驰苑捅囱姥其既腾凿汁百茶肯改陌炎愤陪刁
2、势涎碘第三章放大信号第三章放大信号 50Hz 陷波器朝风菜吓消吠怒叶皱肮它妮誉陇仓疚媚实继鸡渴隙搂丁叭隶捏矮稍咬卒酱第三章放大信号第三章放大信号 电源电路茹装罗障砾臃坊俄烟陛到仲菊畦欠槽簇乳猖怕鸣勺族章晶挂歪尘推婿嘲圆第三章放大信号第三章放大信号生物医学电极生物医学电极一、电极与电极电位一、电极与电极电位一、电极与电极电位一、电极与电极电位 由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成的体系称为电极由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成的体系称为电极由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成的体系称为电极由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成的体系称为电极 金属与溶液之间的界面的电位差称为电极电位金属与溶液之间
3、的界面的电位差称为电极电位金属与溶液之间的界面的电位差称为电极电位金属与溶液之间的界面的电位差称为电极电位二、电极的极化二、电极的极化二、电极的极化二、电极的极化电极与电解质溶液界面形成双电层，在有电流流过时，界面电电极与电解质溶液界面形成双电层，在有电流流过时，界面电电极与电解质溶液界面形成双电层，在有电流流过时，界面电电极与电解质溶液界面形成双电层，在有电流流过时，界面电位发生变化的现象位发生变化的现象位发生变化的现象位发生变化的现象三、极化电极与非极化电极三、极化电极与非极化电极三、极化电极与非极化电极三、极化电极与非极化电极 给电极施加电压或通入电流时，在电极给电极施加电压或通入电流时
4、，在电极给电极施加电压或通入电流时，在电极给电极施加电压或通入电流时，在电极- -电解溶液界面上无电解溶液界面上无电解溶液界面上无电解溶液界面上无电荷通过而有位移电流通过的电极电荷通过而有位移电流通过的电极电荷通过而有位移电流通过的电极电荷通过而有位移电流通过的电极 不需要能量，电流能自动通过电极不需要能量，电流能自动通过电极不需要能量，电流能自动通过电极不需要能量，电流能自动通过电极- -电解溶液界面的电极电解溶液界面的电极电解溶液界面的电极电解溶液界面的电极四、电极阻抗四、电极阻抗四、电极阻抗四、电极阻抗 电极电极电极电极- -电解液界面的系统阻抗称为电极阻抗电解液界面的系统阻抗称为电极阻
5、抗电解液界面的系统阻抗称为电极阻抗电解液界面的系统阻抗称为电极阻抗牡头虫雇灵桌谐碘材耕畔缓贯揩翻复豆泻鸟刑沪崩县椽玄僧腰并仗捌江痪第三章放大信号第三章放大信号金属电极金属电极金属电极金属电极汗液、组织液汗液、组织液汗液、组织液汗液、组织液皮肤皮肤皮肤皮肤AgClAgCl- -AgAg+ +医学电极医学电极医学电极医学电极AgClAgCl- -AgAg+ +极化？极化？极化？极化？非极化？非极化？非极化？非极化？阮擒鸯檬释汝棱辆焦母箩妮寨蝗魔制卑肉搀墟韩铱酶初冈磐撮狰贱酸纽召第三章放大信号第三章放大信号干扰干扰干扰干扰噪声噪声人体电阻抗人体电阻抗人体电阻抗人体电阻抗70 70 2.2 2.2KK
6、电极阻抗（电极阻抗（电极阻抗（电极阻抗（500 500 100K 100K）常用生物医学电极：常用生物医学电极：常用生物医学电极：常用生物医学电极：体表电极体表电极体表电极体表电极传导型电极传导型电极传导型电极传导型电极静电耦合型电极静电耦合型电极静电耦合型电极静电耦合型电极体内电极体内电极体内电极体内电极影响生理信号测量的其他因素影响生理信号测量的其他因素影响生理信号测量的其他因素影响生理信号测量的其他因素郡绳巢善犹匪消效铂束骨歉哦狂果耪铃擒漓樱软芬颊矿粥睬逼拯屡买需恩第三章放大信号第三章放大信号怎样降低电极对测量的影响？怎样降低电极对测量的影响？怎样降低电极对测量的影响？怎样降低电极对测量
7、的影响？电极电极电极电极导电膏导电膏导电膏导电膏表皮表皮表皮表皮真皮和皮下层真皮和皮下层真皮和皮下层真皮和皮下层去掉皮肤表去掉皮肤表去掉皮肤表去掉皮肤表面的角质层面的角质层面的角质层面的角质层尚随肺埂婆喀眉迂姑惩千结曰乔樊酷成领皂舷殿蒙惕艾抽桨豺浦盯氧宇猩第三章放大信号第三章放大信号典型医学和生理学参数典型医学和生理学参数 典型参数典型参数 幅度范围幅度范围 频率范围频率范围 使用传感器类型使用传感器类型心电（心电（ECG） 0.01 5 mV 0.05 100 Hz表面电极表面电极脑电（脑电（EEG） 2 200 uV 0.1 100 Hz帽状、表面或针状帽状、表面或针状肌电（肌电（EMG）
8、 0.02 5 mV 5 2000 Hz表面电极表面电极胃电（胃电（EGG） 0.01 1 mV DC 1 Hz表面电极表面电极血流（主动脉）血流（主动脉） 1 300 mL/s DC 20 Hz电磁超声血流计电磁超声血流计输出量输出量 4 25 L/min DC 20 Hz染料稀释法染料稀释法心阻抗心阻抗 15 500 DC 60 Hz表面、针状电极表面、针状电极体体 温温 32 40 0C DC 0.1 Hz温度传感器温度传感器喷继缴屁仙拼厢厅魂柑沂权俘恢进症赛枝缓久夹循垒粪库除尺蔼档宦谍万第三章放大信号第三章放大信号生物电放大器前置级的基本要求：生物电放大器前置级的基本要求：生物电放大器
9、前置级的基本要求：生物电放大器前置级的基本要求：1. 1.高输入阻抗高输入阻抗高输入阻抗高输入阻抗2. 2.高共模抑制比高共模抑制比高共模抑制比高共模抑制比腋地势惋锗挡逝荣鹊恳霸由慕编粉豪彼替闪它狡圈捧陕铣或夏房俱趁喀山第三章放大信号第三章放大信号为什么要求高输入阻抗？为什么要求高输入阻抗？A AB BR RL1L1R RL2L2GG人体电阻人体电阻人体电阻人体电阻电极与人体接触电阻电极与人体接触电阻电极与人体接触电阻电极与人体接触电阻电极极化电位电极极化电位电极极化电位电极极化电位电极与人电极与人电极与人电极与人体间电容体间电容体间电容体间电容信号线对地电容信号线对地电容信号线对地电容信号线
10、对地电容100k100k凳灌齐丽逆尿宽拜淤斌千制揩却类彦蚤洋辉唯滦关棒培疥陕绣咬嘛凰反灭第三章放大信号第三章放大信号人体生物电电位测量的放大器输入阻抗指标人体生物电电位测量的放大器输入阻抗指标ECG Amp EEG Amp VEP Amp EMG - Amp 输入阻抗输入阻抗/M 1 5 200 100 输入端短路噪声输入端短路噪声（ p p ）/V 10 3 0.7 8 共模抑制比共模抑制比/dB 60 80 100 80 频带频带/Hz 0.05 250 0.5 70 0.5 3k 2 10k 电极电极 板电极板电极 片状或针电极片状或针电极 放大器名称放大器名称放大器名称放大器名称参数名
11、称参数名称参数名称参数名称与舟脂玖漾困涯啃气逸毕员躁捞嚎庸芭说增痰兰膨诫俯灵庸金衅与滩条残第三章放大信号第三章放大信号电电压压跟跟随随器器R R理想状态下，输入阻抗为无穷大理想状态下，输入阻抗为无穷大理想状态下，输入阻抗为无穷大理想状态下，输入阻抗为无穷大 采取措施采取措施邱顿紫庸云氧诉媳宜李防鸦木席镰匣和貉忧奠羽言芳光渍钒存愿棒翅弯须第三章放大信号第三章放大信号为什么要求高共模抑制比？为什么要求高共模抑制比？ 为了抑制人体所携带的工频干扰以及所测量为了抑制人体所携带的工频干扰以及所测量的参数外的其他生理作用的干扰，前置放大器一的参数外的其他生理作用的干扰，前置放大器一般采用般采用差动放大形式
12、差动放大形式。 CMRR值是放大器的主要指标值是放大器的主要指标伯蔡税沁罐告证熏凭跋淋瞻羌江沸醚耿胁顽篮返贬搔溜肇善幼采隔悠兴落第三章放大信号第三章放大信号差差差差动动动动放放放放大大大大电电电电路路路路R3共模抑制能力：共模抑制能力：共模抑制能力：共模抑制能力：受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的CMRRCMRRD D等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。输入阻抗：
13、输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗：在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，r ri i = 2R = 2R1 1 结论：结论：结论：结论：这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求 采取措施采取措施扔傻亢凰稼绽募车畅恶哲酚疲摹剿脖堡洲省诲兼严胸弯向擒弃饮惊拭位打第三章放大信号第三章放大信号差动放大应用电路差动放大应用电路同相并联结构前置放大电路同相并联结构前置放大电路适用条件：适用条件：适用条件：适用条件： CMRR CMRR1 1 = CMRR = CMRR2 2
14、 R R1 1 、R RF F 的匹配性及的匹配性及的匹配性及的匹配性及CMRRCMRR3 3 的值的值的值的值为什么？为什么？为什么？为什么？糜琼瓦刷鲤德俏视汹奋腰怔竹驭注缚嘻黍猜珍哀品霓霓沛朴汐毙擒殷哇捌第三章放大信号第三章放大信号屏蔽驱动电路屏蔽驱动电路提高前置级共模抑制能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施屏蔽驱动屏蔽驱动屏蔽驱动屏蔽驱动uicu u0 0A1A2A4A3RS2RS1RRU01Uic烯秩插秤柯镰志俘汾欺涡预擒聂囚筒泊帽伐运颁碴颜榴聂刑儡坠辐咽傅中第三章放大信号第三章放大信号提高前置级共模抑制
15、能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施提高前置级共模抑制能力的进一步措施右腿驱动技术右腿驱动技术 浮地跟踪电路：减小共模电压及人体位移电流浮地跟踪电路：减小共模电压及人体位移电流A1A2A3u01u02LARARLRaRaRFU0R0裙茬孝袭爽趣镰袱愤锯布鲜沟赘竿轨沃吨免毕赤位冰绚屉河夜量论咆耙盏第三章放大信号第三章放大信号为什么要求设置保护电路？为什么要求设置保护电路？人体安全保护；放大器输入保护人体安全保护；放大器输入保护 3.3mH10K27K27K10K10K1000pFD1D2330pF330pF330pF+V-VA电缆电缆电缆电缆电容电
16、容电容电容病人病人病人病人电极电极电极电极三级三级三级三级RCRC滤波滤波滤波滤波高压保护高压保护高压保护高压保护低压保护低压保护低压保护低压保护除颤保护除颤保护除颤保护除颤保护缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器躲涅惯宽早嫉欠乓倚汾萤奢漳逐摇伶途坯畔然奉铆吼腰铰啪候学豺嘴嗽睁第三章放大信号第三章放大信号理想运算放大器的条件和特点理想运算放大器的条件和特点条件：条件：条件：条件：开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数A Aodod = = 差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻r ridid = = 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻 r r0 0 = 0
17、 = 0输入偏置电流输入偏置电流输入偏置电流输入偏置电流 I IB1B1 = I = IB2B2 = 0 = 0共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比KKCMRRCMRR= = 失调电压、失调电流及它们的温漂均为失调电压、失调电流及它们的温漂均为失调电压、失调电流及它们的温漂均为失调电压、失调电流及它们的温漂均为0 0上限频率上限频率上限频率上限频率f fHH = = 线性区特点：线性区特点：线性区特点：线性区特点：1.“ “虚地虚地虚地虚地” ”，即两输入端电位相等，即两输入端电位相等，即两输入端电位相等，即两输入端电位相等 U U+ += U= U- -2.“ “虚断虚断虚断虚断” ”
18、，两输入端均无电流，两输入端均无电流，两输入端均无电流，两输入端均无电流 I Ii+i+ = I = Ii- i- 温故而知新温故而知新温故而知新温故而知新咱唉境使观既功渣倚诱原钮羡叮舰葛晒倾凭年半肚骋纹挛敖于半雏绘佰远第三章放大信号第三章放大信号同同相相输输入入放放大大器器反反相相输输入入放放大大器器A Aufuf = - R = - RF F/R/R1 1r rif if = R = R1 1A Aufuf = 1+ R = 1+ RF F/R/R1 1r rif if = = R R2 2劳嘻碌烙转奴脂指议岂蚌证轨蓉遍纹御鬃坞崭餐奸馋邀祝腋拨赶腻剔蕊玫第三章放大信号第三章放大信号差差差差
19、动动动动（减减减减法法法法）放放放放大大大大电电电电路路路路R3共模抑制能力：共模抑制能力：共模抑制能力：共模抑制能力：受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻受到放大电路的闭环增益、外电路电阻匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的匹配精度以及放大器本身的CMRRCMRRD D等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。等诸多因素的影响。输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗：在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，在符合匹配条件下，r ri i = 2R = 2R1 1 结
20、论：结论：结论：结论：这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求这种差动放大电路的输入阻抗不满足要求江梗戳茅呀嫌浅掷州恰友巾绦矗布啥砖六遂艳抨黎横越闻塌刮碱星价固坝第三章放大信号第三章放大信号差动放大应用电路差动放大应用电路同相并联结构前置放大电路同相并联结构前置放大电路适用条件：适用条件：适用条件：适用条件： CMRR CMRR1 1 = CMRR = CMRR2 2 R R1 1 、R RF F 的匹配性及的匹配性及的匹配性及的匹配性及CMRRCMRR3 3 的值的值的值的值为什么？为什么？为什么？为什么？收葡危砂轩芦持扭庆
21、横肉滋乌岛牡括昔淬辞沛脱督暗头液吧咐喳屁摊幽首第三章放大信号第三章放大信号差动放大应用电路差动放大应用电路同相并联结构前置放大电路同相并联结构前置放大电路U0= u02 u01呐酱嘛圆貉摘裴抡吁糠俘由织单伺崖阎宪已膝撅夺款吏劝箕浊坑啮航蓑捏第三章放大信号第三章放大信号适用条件：适用条件：适用条件：适用条件： CMRR CMRR1 1 = CMRR = CMRR2 2 差动放大应用电路差动放大应用电路同相串联结构同相串联结构前置放大电路前置放大电路为什么？为什么？为什么？为什么？首狐燥嗣绰用谐杯透烈瘩救贩蝶何就郊绊扑祖闽榆牛叹耀鞘笼雾革线啼窜第三章放大信号第三章放大信号差动放大应用电路差动放大应
22、用电路同相串联结构同相串联结构前置放大电路前置放大电路u ui1i1u ui2i2u u0 0R R1 1R R F1F1R R2 2R R F2F2A A1 1A A2 2u u0101为了使共模增益为了使共模增益 为零，必须为零，必须着币范坪恨背宙野捻疮增绷糯擎示茬泄森妆弟沤蛾照烟舟掉鳃泰锯作娠鳃第三章放大信号第三章放大信号采用专采用专采用专采用专用仪器用仪器用仪器用仪器放大器放大器放大器放大器构成前构成前构成前构成前置放大置放大置放大置放大电路电路电路电路羌裤存防送荣凸傈经韦侗雕旁渭矾奏说份懂镜马腐浆姜唬刃仓锨兑墩拄狄第三章放大信号第三章放大信号选择专用仪表放大器选择专用仪表放大器选择专
23、用仪表放大器选择专用仪表放大器迈砸宠写卧锹贮那膏庄畔森灵幂朱赫梳怂疙坝溉托灼虏拌炯狱坐龟辰话裹第三章放大信号第三章放大信号关关关关注注注注主主主主要要要要参参参参数数数数唬嘶沪放商斋萎丁技傻聋殊蒜甘啼害疯跟捅愈泣缮斌釜权坐牛爬峻秦诣束第三章放大信号第三章放大信号根据根据根据根据ICIC资料选择应用方案资料选择应用方案资料选择应用方案资料选择应用方案肤铡沾函类释级薯锚休突暖贵晴羌畴间巩盏啡酗邱睛碍介寸眨拂娟违纫篇第三章放大信号第三章放大信号图图3-1 3-1 生物电放大器的输入回路生物电放大器的输入回路US 生物信号电压生物信号电压RT1、RT2人体电阻人体电阻RS1、RS2电极与皮肤接触电阻电
24、极与皮肤接触电阻E1、E2电极极化电位电极极化电位CS1、CS2电极与皮肤之间的分布电容电极与皮肤之间的分布电容C1、C2信号线对地电容信号线对地电容RL1、RL2信号线和放大器输入保护电阻信号线和放大器输入保护电阻Ri放大器输入电阻放大器输入电阻贾没腾琢遇捆切开拧醚卢麦绿亦描禽迂雁驹哄颈缆玛轮悯坚比帘蹿懈尉耶第三章放大信号第三章放大信号差动放大应用电路差动放大应用电路缓冲级与差动级构成的前置极缓冲级与差动级构成的前置极输入阻抗输入阻抗高达高达10M以上；以上；共模抑制比共模抑制比取决于取决于CMRR1与与CMRR2 是否相等，提高差是否相等，提高差动级的的共模抑制能力，精确匹配差共模抑制能力
25、，精确匹配差动放大器的外回路放大器的外回路电阻。阻。A A1 1A A2 2A A3 3艰发枢威丸祷太棱缀焚脉翘缔辱汀抓蓟贬撬宇毒栈喊慢帆禾岛饲朵尧颤哄第三章放大信号第三章放大信号uicu0A1A2A4A3RS2RS1RR屿或周畔沈桥判阑窥湃搞治答瞅端弥陀蓝庶波归札师宵阜抚淄氨央瞳裴急第三章放大信号第三章放大信号影响生理信号测量的其他因素影响生理信号测量的其他因素生物电位的基础知识：生物电位的基础知识：生物电位的基础知识：生物电位的基础知识：一、静息电位一、静息电位一、静息电位一、静息电位神经和肌肉在静息情况下细胞内侧的电位较外侧为负，细胞在神经和肌肉在静息情况下细胞内侧的电位较外侧为负，细胞
26、在神经和肌肉在静息情况下细胞内侧的电位较外侧为负，细胞在神经和肌肉在静息情况下细胞内侧的电位较外侧为负，细胞在静息状态下膜内外两侧的电位差称为静息电位静息状态下膜内外两侧的电位差称为静息电位静息状态下膜内外两侧的电位差称为静息电位静息状态下膜内外两侧的电位差称为静息电位二、动作电位二、动作电位二、动作电位二、动作电位神经和肌肉兴奋时发生的可传播的电变化称为动作电位神经和肌肉兴奋时发生的可传播的电变化称为动作电位神经和肌肉兴奋时发生的可传播的电变化称为动作电位神经和肌肉兴奋时发生的可传播的电变化称为动作电位三、动作电位的传输三、动作电位的传输三、动作电位的传输三、动作电位的传输uu 动作电位的大小不会因为传导距离的增大而衰减；动作电位的大小不会因为传导距离的增大而衰减；动作电位的大小不会因为传导距离的增大而衰减；动作电位的大小不会因为传导距离的增大而衰减；uu 神经纤维若在中间段受到刺激，将有动作电位同时传向纤神经纤维若在中间段受到刺激，将有动作电位同时传向纤神经纤维若在中间段受到刺激，将有动作电位同时传向纤神经纤维若在中间段受到刺激，将有动作电位同时传向纤维两端维两端维两端维两端脐氛矿凡歧释满幂萍汲莽境缝渐亚窗箱稀勒跳惺迁假泣茁薛些邢例咀努蒋第三章放大信号第三章放大信号
