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1、第一章 医学电子仪器与基础电子电路l医医学学电电子子仪仪器器的的特特点点l医医学学电电子子仪仪器器的的分分类类l半半导导体体器器件件的的基基础础知知识识 l生生物物医医学学放放大大电电路路 l电电子子振振荡荡电电路路 l直直流流稳稳压压电电路路 l数数字字逻逻辑辑电电路路 差动放大器（直流放大器）差动放大器（直流放大器）各种生物电信号中包含了频率很低的成分，各种生物电信号中包含了频率很低的成分，各种生物电信号中包含了频率很低的成分，各种生物电信号中包含了频率很低的成分，还会遇到很多不变化或变化很慢的信号。这些还会遇到很多不变化或变化很慢的信号。这些还会遇到很多不变化或变化很慢的信号。这些还会遇
2、到很多不变化或变化很慢的信号。这些直流或接近直流的慢变化信号不能用阻容耦合直流或接近直流的慢变化信号不能用阻容耦合直流或接近直流的慢变化信号不能用阻容耦合直流或接近直流的慢变化信号不能用阻容耦合放大器进行放大，需要频带从零开始的直流放放大器进行放大，需要频带从零开始的直流放放大器进行放大，需要频带从零开始的直流放放大器进行放大，需要频带从零开始的直流放大器。直流放大器将面临两个问题：一是前级大器。直流放大器将面临两个问题：一是前级大器。直流放大器将面临两个问题：一是前级大器。直流放大器将面临两个问题：一是前级和后级的静态工作点互相影响，二是零点漂移和后级的静态工作点互相影响，二是零点漂移和后级
3、的静态工作点互相影响，二是零点漂移和后级的静态工作点互相影响，二是零点漂移问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放问题。前级引起的零点漂移电压，再被后级放大，最后将掩盖正常的输出。而差动放大电路大，最后将掩盖正常的输出。而差动放大电路大，最后将掩盖正常的输出。而差动放大电路大，最后将掩盖正常的输出。而差动放大电路因其具有特殊的电路结构，能够有效地抑制零因其具有特殊的电路结构，能够有效地抑制零因其具有特殊的电路结构，能够有效地抑制零因其具有特殊的电路结构，能够有效地抑制零点漂移，被广泛应用于多级直接耦合放大电路点漂移
4、，被广泛应用于多级直接耦合放大电路点漂移，被广泛应用于多级直接耦合放大电路点漂移，被广泛应用于多级直接耦合放大电路的前置级。的前置级。的前置级。的前置级。电路结构电路结构 基本差动放大电路由两基本差动放大电路由两基本差动放大电路由两基本差动放大电路由两个相同的共发射极放大个相同的共发射极放大个相同的共发射极放大个相同的共发射极放大电路组成。电路完全对电路组成。电路完全对电路组成。电路完全对电路组成。电路完全对称，即晶体管特性相同，称，即晶体管特性相同，称，即晶体管特性相同，称，即晶体管特性相同，电路参数也相同。电路电路参数也相同。电路电路参数也相同。电路电路参数也相同。电路中，中，中，中，u
5、ui1i1、u ui2i2为分别加到为分别加到为分别加到为分别加到两个输入端的输入信号两个输入端的输入信号两个输入端的输入信号两个输入端的输入信号电压，电压，电压，电压，u uo o与与与与u uo1o1、u uo2o2。都都都都是输出信号电压，这些是输出信号电压，这些是输出信号电压，这些是输出信号电压，这些输入、输出电压信号可输入、输出电压信号可输入、输出电压信号可输入、输出电压信号可以是交流信号，也可以以是交流信号，也可以以是交流信号，也可以以是交流信号，也可以是直流信号。是直流信号。是直流信号。是直流信号。输入信号可以从两个输人端同时输输入信号可以从两个输人端同时输入（双端输入），也可以
6、从一个输入（双端输入），也可以从一个输入端输入（单端输入），输出信号入端输入（单端输入），输出信号可以从两个晶体管集电极之间取出可以从两个晶体管集电极之间取出（双端输出），也可以从一个晶体（双端输出），也可以从一个晶体管的集电极取出（单端输出），根管的集电极取出（单端输出），根据实际需要，可灵活选择各种输入据实际需要，可灵活选择各种输入输出方式。输出方式。抑制零点漂移抑制零点漂移 在静态时，由于电路的对称性，两个晶体管的在静态时，由于电路的对称性，两个晶体管的在静态时，由于电路的对称性，两个晶体管的在静态时，由于电路的对称性，两个晶体管的集电极电流相等，集电极电位也相等，所以输集电极电流相等，
7、集电极电位也相等，所以输集电极电流相等，集电极电位也相等，所以输集电极电流相等，集电极电位也相等，所以输出电压出电压出电压出电压:u uo o=U=UC1C1-U-UC2C2=0=0。当温度升高时，两管的当温度升高时，两管的当温度升高时，两管的当温度升高时，两管的集电极电流都增大，集电极电位都下降了，且集电极电流都增大，集电极电位都下降了，且集电极电流都增大，集电极电位都下降了，且集电极电流都增大，集电极电位都下降了，且两边的变化量也相等，仍可保证两边的变化量也相等，仍可保证两边的变化量也相等，仍可保证两边的变化量也相等，仍可保证u uo o=0=0。因此虽因此虽因此虽因此虽然针对每个晶体管而
8、言都产生了漂移，但由于然针对每个晶体管而言都产生了漂移，但由于然针对每个晶体管而言都产生了漂移，但由于然针对每个晶体管而言都产生了漂移，但由于变化量的相等而互相抵消了，所以输出电压仍变化量的相等而互相抵消了，所以输出电压仍变化量的相等而互相抵消了，所以输出电压仍变化量的相等而互相抵消了，所以输出电压仍为零，这就完全抑制了零点漂移。这是该电路为零，这就完全抑制了零点漂移。这是该电路为零，这就完全抑制了零点漂移。这是该电路为零，这就完全抑制了零点漂移。这是该电路对称性带来的突出优点。对称性带来的突出优点。对称性带来的突出优点。对称性带来的突出优点。信号输入方式信号输入方式 (1)(1)共模输入共模
9、输入共模输入共模输入 输入两个电压大小相等、极性相同的输入信号输入两个电压大小相等、极性相同的输入信号输入两个电压大小相等、极性相同的输入信号输入两个电压大小相等、极性相同的输入信号称为共模输入。此时，因电路结构对称，两管称为共模输入。此时，因电路结构对称，两管称为共模输入。此时，因电路结构对称，两管称为共模输入。此时，因电路结构对称，两管集电极电位的变化大小相等，极性相同，所以集电极电位的变化大小相等，极性相同，所以集电极电位的变化大小相等，极性相同，所以集电极电位的变化大小相等，极性相同，所以在双端输出电压在双端输出电压在双端输出电压在双端输出电压u uo o保持为零。可见，在电路完保持为
10、零。可见，在电路完保持为零。可见，在电路完保持为零。可见，在电路完全对称的理想情况下，差动放大器在输入共模全对称的理想情况下，差动放大器在输入共模全对称的理想情况下，差动放大器在输入共模全对称的理想情况下，差动放大器在输入共模信号时不产生输出电压。这时的电压放大倍数信号时不产生输出电压。这时的电压放大倍数信号时不产生输出电压。这时的电压放大倍数信号时不产生输出电压。这时的电压放大倍数定义为定义为定义为定义为共模电压放大倍数共模电压放大倍数共模电压放大倍数共模电压放大倍数A Ac c，即，即，即，即A Ac c=U Uo o/U/Uic ic。理理理理想情况下，差动放大电路的共模电压放大倍数想情
11、况下，差动放大电路的共模电压放大倍数想情况下，差动放大电路的共模电压放大倍数想情况下，差动放大电路的共模电压放大倍数为零。但实际上电路完全对称是很难做到的，为零。但实际上电路完全对称是很难做到的，为零。但实际上电路完全对称是很难做到的，为零。但实际上电路完全对称是很难做到的，所以实际的差动放大电路的共模电压放大倍数所以实际的差动放大电路的共模电压放大倍数所以实际的差动放大电路的共模电压放大倍数所以实际的差动放大电路的共模电压放大倍数是一个很小的数。是一个很小的数。是一个很小的数。是一个很小的数。差动放大电路因温度变化或电源波动，差动放大电路因温度变化或电源波动，引起两管集电极电位的变化，可看成
12、引起两管集电极电位的变化，可看成是在输入端施加了等效的共模信号。是在输入端施加了等效的共模信号。因此，电路的对称性越好，抑制零漂因此，电路的对称性越好，抑制零漂的能力越强；抑制共模信号的能力越的能力越强；抑制共模信号的能力越强，共模电压放大倍数就越小。即差强，共模电压放大倍数就越小。即差动放大电路的共模电压放大倍数越小，动放大电路的共模电压放大倍数越小，其抑制零漂的能力就越强。其抑制零漂的能力就越强。(2)(2)差模输入差模输入差模输入差模输入 输输输输入入入入两两两两个个个个电电电电压压压压的的的的大大大大小小小小相相相相等等等等、极极极极性性性性相相相相反反反反的的的的输输输输入入入入信信
13、信信号号号号称称称称为为为为差差差差模模模模输输输输入入入入。若若若若设设设设u ui1i1=(1/2)u=(1/2)uidid，u ui2i2=-(1/2)u=-(1/2)uidid，则则则则u ui1i1-u ui2i2=u uidid，此此此此时时时时，两两两两晶晶晶晶体体体体管管管管电电电电流流流流和和和和集集集集电电电电极极极极电电电电位位位位的的的的变变变变化化化化是是是是相相相相反反反反的的的的。在在在在双双双双端端端端输输输输出出出出时时时时，输输输输出出出出电电电电压压压压的的的的变变变变化化化化量量量量是是是是每每每每个个个个管管管管子子子子集集集集电电电电极极极极电电电电
14、位位位位变变变变化化化化量量量量的的的的两两两两倍倍倍倍。当当当当输输输输入入入入差差差差模模模模信信信信号号号号u uidid、输输输输出出出出电电电电压压压压U Uo o时时时时，两两两两者者者者之之之之比比比比即即即即为为为为差差差差模模模模放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数，用用用用A Ad d表表表表示示示示。设设设设单单单单管管管管放放放放大大大大电电电电路路路路的电压放大倍数为的电压放大倍数为的电压放大倍数为的电压放大倍数为A A1 1，则：则：则：则：上式表明，用两个晶体管组成的差动放上式表明，用两个晶体管组成的差动放大电路，双端输出时的电压放大倍数与大电路，双端输出时的电压放大
15、倍数与单管共发射极放大电路的电压放大倍数单管共发射极放大电路的电压放大倍数相同。实际上这种电路是以牺牲一个管相同。实际上这种电路是以牺牲一个管子的放大作用为代价换取了对零漂的抑子的放大作用为代价换取了对零漂的抑制能力。制能力。(3)任意信号输入任意信号输入 两个输入信号电压既非共模又非差模，两个输入信号电压既非共模又非差模，其大小和极性都是任意的，称为任意信其大小和极性都是任意的，称为任意信号输入。针对这种信号通常是将它们分号输入。针对这种信号通常是将它们分解成既包含有差模信号分量，又包含有解成既包含有差模信号分量，又包含有共模信号分量的合成信号。通过差动放共模信号分量的合成信号。通过差动放大
16、电路后，其共模信号分量受到抑制，大电路后，其共模信号分量受到抑制，而差模信号分量才能得到放大，即体现而差模信号分量才能得到放大，即体现了差动放大电路在输入信号有差别时，了差动放大电路在输入信号有差别时，才动作（放大）的特点。才动作（放大）的特点。共模抑制比共模抑制比 为为为为了了了了说说说说明明明明差差差差动动动动放放放放大大大大电电电电路路路路抑抑抑抑制制制制共共共共模模模模信信信信号号号号和和和和放放放放大大大大差差差差模模模模信信信信号号号号的的的的能能能能力力力力，常常常常用用用用共共共共模模模模抑抑抑抑制制制制比比比比作作作作为为为为衡衡衡衡量量量量指指指指标标标标，其其其其定定定定
17、义义义义为为为为：差差差差模模模模电电电电压压压压放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数A Ad d与与与与共共共共模模模模电电电电压压压压放放放放大倍数大倍数大倍数大倍数A Ac c的模值之比。记作的模值之比。记作的模值之比。记作的模值之比。记作CMRRCMRR，即：即：即：即：共模抑制比越大，放大电路的性能就越好。共模抑制比越大，放大电路的性能就越好。共模抑制比越大，放大电路的性能就越好。共模抑制比越大，放大电路的性能就越好。【小结】【小结】1.1.放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的实实实实质质质质是是是是用用用用小小小小信信信信号号号号控控控控制制制制大大大大信信信信号号号号，以以以以实
18、实实实现现现现信信信信号号号号放放放放大大大大作作作作用用用用。对对对对于于于于放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的分分分分析析析析包包包包括括括括静静静静态态态态分分分分析析析析和和和和动动动动态态态态分分分分析析析析两两两两个个个个方方方方面面面面。静静静静态态态态分分分分析析析析用用用用来来来来确确确确定定定定放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的静静静静态态态态工工工工作作作作点点点点。动动动动态态态态分分分分析析析析通通通通常常常常采采采采用用用用估估估估算算算算法法法法和和和和图图图图解解解解法法法法来来来来分分分分析析析析放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的工工工工作作
19、作作状状状状态态态态、非非非非线线线线性性性性失失失失真真真真，确确确确定定定定动动动动态态态态范范范范围围围围和和和和最最最最佳工作点。佳工作点。佳工作点。佳工作点。2.2.共共共共发发发发射射射射极极极极电电电电路路路路具具具具有有有有较较较较大大大大的的的的电电电电压压压压放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数、较较较较小小小小的的的的输输输输入入入入电电电电阻阻阻阻和和和和较较较较大大大大的的的的输输输输出出出出电电电电阻阻阻阻。多多多多级级级级放放放放大大大大电电电电路路路路由由由由单单单单级级级级放放放放大大大大电电电电路路路路级级级级联联联联组组组组成成成成，级级级级间间间间常常常常采
20、采采采用用用用阻容耦合和直接耦合的连接方式。阻容耦合和直接耦合的连接方式。阻容耦合和直接耦合的连接方式。阻容耦合和直接耦合的连接方式。【小结】【小结】3.3.直直直直接接接接耦耦耦耦合合合合放放放放大大大大电电电电路路路路既既既既可可可可以以以以放放放放大大大大交交交交流流流流信信信信号号号号，又又又又可可可可以以以以放放放放大大大大缓缓缓缓慢慢慢慢变变变变化化化化的的的的信信信信号号号号。零零零零点点点点漂漂漂漂移移移移是是是是其其其其突突突突出出出出问问问问题题题题。差差差差动动动动放放放放大大大大电电电电路路路路用用用用来来来来放放放放大大大大差差差差模模模模信信信信号号号号，抑抑抑抑制
21、制制制共模信号。共模信号。共模信号。共模信号。4.4.放大电路存在非线性失真（截止失真和饱和放大电路存在非线性失真（截止失真和饱和放大电路存在非线性失真（截止失真和饱和放大电路存在非线性失真（截止失真和饱和失真）等现象，可通过选择元件参数、设置合失真）等现象，可通过选择元件参数、设置合失真）等现象，可通过选择元件参数、设置合失真）等现象，可通过选择元件参数、设置合适的工作点、采用一些稳定工作点的措施、减适的工作点、采用一些稳定工作点的措施、减适的工作点、采用一些稳定工作点的措施、减适的工作点、采用一些稳定工作点的措施、减小输入信号等方法来削弱和消除。小输入信号等方法来削弱和消除。小输入信号等方
22、法来削弱和消除。小输入信号等方法来削弱和消除。运算放大器运算放大器 传统的放大器是分立元件的。随着半导体制造传统的放大器是分立元件的。随着半导体制造传统的放大器是分立元件的。随着半导体制造传统的放大器是分立元件的。随着半导体制造技术快速发展，技术快速发展，技术快速发展，技术快速发展，2020世纪世纪世纪世纪6060年代初出现了集成电年代初出现了集成电年代初出现了集成电年代初出现了集成电路放大器，所谓集成电路就是把电路中的所有路放大器，所谓集成电路就是把电路中的所有路放大器，所谓集成电路就是把电路中的所有路放大器，所谓集成电路就是把电路中的所有元器件及连接导线都制作在一块硅片上，构成元器件及连接
23、导线都制作在一块硅片上，构成元器件及连接导线都制作在一块硅片上，构成元器件及连接导线都制作在一块硅片上，构成具有特定功能的电子电路，提高了电子设备的具有特定功能的电子电路，提高了电子设备的具有特定功能的电子电路，提高了电子设备的具有特定功能的电子电路，提高了电子设备的可靠性，重量减少，体积缩小，功耗降低。集可靠性，重量减少，体积缩小，功耗降低。集可靠性，重量减少，体积缩小，功耗降低。集可靠性，重量减少，体积缩小，功耗降低。集成电路有小规模成电路有小规模成电路有小规模成电路有小规模SSISSI、中规模中规模中规模中规模MSIMSI、大规模大规模大规模大规模LSILSI和超大规模和超大规模和超大规
24、模和超大规模VLSIVLSI之分，目前超大规模集成电路之分，目前超大规模集成电路之分，目前超大规模集成电路之分，目前超大规模集成电路中每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积仅中每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积仅中每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积仅中每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积仅有几个平方毫米。有几个平方毫米。有几个平方毫米。有几个平方毫米。集成电路按功能来分，有数字集成集成电路按功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电电路和模拟集成电路。模拟集成电路种类很多，有运算放大器、功率路种类很多，有运算放大器、功率放大器、模拟乘法器、模数和数模放大器、模拟乘法器、模数和数模转换
25、器、稳压电源等。在模拟集成转换器、稳压电源等。在模拟集成电路中，集成电路运算放大器（简电路中，集成电路运算放大器（简称集成运放）是应用非常广泛的一称集成运放）是应用非常广泛的一种。种。1.集成运算放大器简介集成运算放大器简介 运算放大器简称为运放，集成运放是一种高运算放大器简称为运放，集成运放是一种高运算放大器简称为运放，集成运放是一种高运算放大器简称为运放，集成运放是一种高电压放大倍数的多级直接耦合放大器，因最电压放大倍数的多级直接耦合放大器，因最电压放大倍数的多级直接耦合放大器，因最电压放大倍数的多级直接耦合放大器，因最早用于模拟计算机对输入信号进行模拟运算早用于模拟计算机对输入信号进行模
26、拟运算早用于模拟计算机对输入信号进行模拟运算早用于模拟计算机对输入信号进行模拟运算而得名。随着半导体制造技术的不断进步，而得名。随着半导体制造技术的不断进步，而得名。随着半导体制造技术的不断进步，而得名。随着半导体制造技术的不断进步，集成运放已成为一种通用的高性能放大器。集成运放已成为一种通用的高性能放大器。集成运放已成为一种通用的高性能放大器。集成运放已成为一种通用的高性能放大器。具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点，广泛应用于自动重量轻、耗电量少
27、等优点，广泛应用于自动重量轻、耗电量少等优点，广泛应用于自动重量轻、耗电量少等优点，广泛应用于自动控制、精密测量、通信、电源等电子技术应控制、精密测量、通信、电源等电子技术应控制、精密测量、通信、电源等电子技术应控制、精密测量、通信、电源等电子技术应用领域，可完成放大、振荡、调制、解调以用领域，可完成放大、振荡、调制、解调以用领域，可完成放大、振荡、调制、解调以用领域，可完成放大、振荡、调制、解调以及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。2.集成运放的组成集成运放的组成 集成
28、运放通常由输入放大级、中间电压放大级、集成运放通常由输入放大级、中间电压放大级、集成运放通常由输入放大级、中间电压放大级、集成运放通常由输入放大级、中间电压放大级、输出级以及偏置电路等四部分组成输出级以及偏置电路等四部分组成输出级以及偏置电路等四部分组成输出级以及偏置电路等四部分组成。输入级采输入级采输入级采输入级采用差动放大电路，输入阻抗高、零点漂移小、用差动放大电路，输入阻抗高、零点漂移小、用差动放大电路，输入阻抗高、零点漂移小、用差动放大电路，输入阻抗高、零点漂移小、抗共模干扰能力强；中间级一般由共发射极放抗共模干扰能力强；中间级一般由共发射极放抗共模干扰能力强；中间级一般由共发射极放抗
29、共模干扰能力强；中间级一般由共发射极放大电路构成，主要用于高增益的电压放大；输大电路构成，主要用于高增益的电压放大；输大电路构成，主要用于高增益的电压放大；输大电路构成，主要用于高增益的电压放大；输出级与负载相接，输出阻抗低、带负载能力强、出级与负载相接，输出阻抗低、带负载能力强、出级与负载相接，输出阻抗低、带负载能力强、出级与负载相接，输出阻抗低、带负载能力强、能够提供足够大的电压与电流；偏置电路的作能够提供足够大的电压与电流；偏置电路的作能够提供足够大的电压与电流；偏置电路的作能够提供足够大的电压与电流；偏置电路的作用是给上述各级电路提供稳定和合适的偏置电用是给上述各级电路提供稳定和合适的
30、偏置电用是给上述各级电路提供稳定和合适的偏置电用是给上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。流，决定各级的静态工作点。流，决定各级的静态工作点。流，决定各级的静态工作点。集成运放的基本组成集成运放的基本组成 在电路中，常用上图所示的电路符号表示运算在电路中，常用上图所示的电路符号表示运算在电路中，常用上图所示的电路符号表示运算在电路中，常用上图所示的电路符号表示运算放大器。它有两个输入端和一个输出端。反相放大器。它有两个输入端和一个输出端。反相放大器。它有两个输入端和一个输出端。反相放大器。它有两个输入端和一个输出端。反相输入端标输入端标输入端标输入端标“-”“-”号，同相
31、输入端标号，同相输入端标号，同相输入端标号，同相输入端标“+”“+”号。输号。输号。输号。输出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。在电路中不画出。在电
32、路中不画出。在电路中不画出。在电路中不画出。集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 (1)(1)输入失调电压输入失调电压输入失调电压输入失调电压U UIOIO：对于理想集成运放，当输入电压为零时，输出对于理想集成运放，当输入电压为零时，输出对于理想集成运放，当输入电压为零时，输出对于理想集成运放，当输入电压为零时，输出电压应该为零。但由于制造工艺等原因，实际电压应该为零。但由于制造工艺等原因，实际电压应该为零。但由于制造工艺等原因，实际电压应该为零。但由于制造工艺等原因，实际的集成运放在输入电压为零时，输出电压常不的集成运放在输入电压为零时，输出电压常不的集成运放在输入电压为零时，输出电
33、压常不的集成运放在输入电压为零时，输出电压常不为零。为了使输出电压为零，需在输入端加一为零。为了使输出电压为零，需在输入端加一为零。为了使输出电压为零，需在输入端加一为零。为了使输出电压为零，需在输入端加一适当的直流补偿电压，这个输入电压叫做输入适当的直流补偿电压，这个输入电压叫做输入适当的直流补偿电压，这个输入电压叫做输入适当的直流补偿电压，这个输入电压叫做输入失调电压失调电压失调电压失调电压U UIOIO，其值等于输入电压为零时，输其值等于输入电压为零时，输其值等于输入电压为零时，输其值等于输入电压为零时，输出的电压折算到输入端的电压值。出的电压折算到输入端的电压值。出的电压折算到输入端的
34、电压值。出的电压折算到输入端的电压值。U UIOIO一般为一般为一般为一般为毫伏级，它的大小反映了差动输入级的对称程毫伏级，它的大小反映了差动输入级的对称程毫伏级，它的大小反映了差动输入级的对称程毫伏级，它的大小反映了差动输入级的对称程度，失调电压越大，集成运放的对称性越差。度，失调电压越大，集成运放的对称性越差。度，失调电压越大，集成运放的对称性越差。度，失调电压越大，集成运放的对称性越差。(2)输入失调电流输入失调电流IIO：输输入入失失调调电电流流是是指指输输入入信信号号为为零零时时，两两个个输输入入端端静静态态电电流流之之差差，一一般般为为输输入入静静态态偏偏置置电电流流的的十十分分之
35、之一一左左右右。IIO是是由由差差动动输输入入级级两两个个晶晶体体管管的的 值值不不一一致致所所引引起起的。的。(3)开环电压放大倍数开环电压放大倍数Au：开环电压放大倍数是指集成运放在无外开环电压放大倍数是指集成运放在无外接反馈电路时的差模电压放大倍数。一接反馈电路时的差模电压放大倍数。一般运放的般运放的Au都很大，一般为都很大，一般为104107。(4)(4)输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗r ri i和输出阻抗和输出阻抗和输出阻抗和输出阻抗r ro o：输输输输入入入入阻阻阻阻抗抗抗抗r ri i是是是是指指指指运运运运放放放放开开开开环环环环运运运运用用用用时时时时，从从从从两两两两个
36、个个个输输输输入入入入端端端端看看看看进进进进去去去去的的的的动动动动态态态态阻阻阻阻抗抗抗抗，它它它它等等等等于于于于两两两两个个个个输输输输入入入入端端端端之之之之间间间间的的的的电电电电压压压压U Ui i变变变变化化化化与与与与其其其其引引引引起起起起的的的的输输输输入入入入电电电电流流流流I Ii i的的的的变变变变化化化化之之之之比比比比，r ri i越越越越大大大大越越越越好好好好。输输输输出出出出阻阻阻阻抗抗抗抗r ro o是是是是指指指指运运运运放放放放开开开开环环环环运运运运用用用用时时时时，从从从从输输输输出出出出端端端端与与与与地地地地端端端端看看看看进进进进去去去去的
37、的的的动动动动态态态态阻阻阻阻抗抗抗抗。一一一一般在几百欧姆之内。般在几百欧姆之内。般在几百欧姆之内。般在几百欧姆之内。(5)(5)共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比CMRRCMRR：共共共共模模模模抑抑抑抑制制制制比比比比是是是是指指指指集集集集成成成成运运运运放放放放开开开开环环环环运运运运用用用用时时时时，差差差差模模模模电电电电压压压压放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数与与与与共共共共模模模模电电电电压压压压放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数之之之之比比比比。CMRRCMRR值值值值越越越越大大大大，抗抗抗抗共共共共模模模模干干干干扰扰扰扰能能能能力力力力越越越越强强强强，一一一一般
38、般般般集集集集成成成成运运运运放放放放的的的的CMRRCMRR都都都都可可可可达达达达到到到到8080dBdB，高高高高质质质质量量量量的的的的集集集集成成成成运运运运放放放放可可可可达达达达l00dBl00dB以上。以上。以上。以上。3.集成运算放大器的理想模型集成运算放大器的理想模型 集成运放理想化的条件是：开环电压放大倍数集成运放理想化的条件是：开环电压放大倍数集成运放理想化的条件是：开环电压放大倍数集成运放理想化的条件是：开环电压放大倍数A Au u，输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗r ri i，输出阻抗输出阻抗输出阻抗输出阻抗r ro o0 0，共模抑共模抑共模抑共模抑制比制比制比制
39、比CMRRCMRR，输入信号为零时，输出电压为输入信号为零时，输出电压为输入信号为零时，输出电压为输入信号为零时，输出电压为0 0，且特性不随温度而变化。由此，理想运放在线性，且特性不随温度而变化。由此，理想运放在线性，且特性不随温度而变化。由此，理想运放在线性，且特性不随温度而变化。由此，理想运放在线性运用时有以下两个重要的结论：运用时有以下两个重要的结论：运用时有以下两个重要的结论：运用时有以下两个重要的结论：运放两个输入端的电压近似相等，即运放两个输入端的电压近似相等，即运放两个输入端的电压近似相等，即运放两个输入端的电压近似相等，即U U+U U-：因为因为因为因为A Au u，则则则
40、则U Ui i=U=U+-U-U-=U Uo o/A/Au u=0=0，所以所以所以所以U U+=U=U-。两个输入端的输入电流近似为零，即两个输入端的输入电流近似为零，即两个输入端的输入电流近似为零，即两个输入端的输入电流近似为零，即I Ii i 0 0。因为因为因为因为r ri i，所以有：所以有：所以有：所以有：I I+=I=I-=0=0。反相放大器的闭环放大倍数反相放大器的闭环放大倍数 式中的负号表示输入式中的负号表示输入式中的负号表示输入式中的负号表示输入与输出反相；与输出反相；与输出反相；与输出反相；同相放大器的闭环放大倍数同相放大器的闭环放大倍数 4.测量放大器测量放大器 在生物
41、信号检测中，由于生物医学信号幅度小、在生物信号检测中，由于生物医学信号幅度小、在生物信号检测中，由于生物医学信号幅度小、在生物信号检测中，由于生物医学信号幅度小、信号源内阻大、环境干扰引起的共模干扰大，因信号源内阻大、环境干扰引起的共模干扰大，因信号源内阻大、环境干扰引起的共模干扰大，因信号源内阻大、环境干扰引起的共模干扰大，因此获取信号要求用输入阻抗高和高共模抑制比的此获取信号要求用输入阻抗高和高共模抑制比的此获取信号要求用输入阻抗高和高共模抑制比的此获取信号要求用输入阻抗高和高共模抑制比的放大器，这种通用放大器就是测量放大器。它的放大器，这种通用放大器就是测量放大器。它的放大器，这种通用放
42、大器就是测量放大器。它的放大器，这种通用放大器就是测量放大器。它的基本作用是把微弱的生物电信号进行放大，使其基本作用是把微弱的生物电信号进行放大，使其基本作用是把微弱的生物电信号进行放大，使其基本作用是把微弱的生物电信号进行放大，使其可以进一步被处理、记录或显示。目前，通用测可以进一步被处理、记录或显示。目前，通用测可以进一步被处理、记录或显示。目前，通用测可以进一步被处理、记录或显示。目前，通用测量放大器一般采用同相并联型差分放大器的电路量放大器一般采用同相并联型差分放大器的电路量放大器一般采用同相并联型差分放大器的电路量放大器一般采用同相并联型差分放大器的电路形式，它具有输入阻抗高、共模抑
43、制比大和增益形式，它具有输入阻抗高、共模抑制比大和增益形式，它具有输入阻抗高、共模抑制比大和增益形式，它具有输入阻抗高、共模抑制比大和增益可调等优点，因而广泛应用于生物医学信号检测可调等优点，因而广泛应用于生物医学信号检测可调等优点，因而广泛应用于生物医学信号检测可调等优点，因而广泛应用于生物医学信号检测中，目前心电图机前置放大器多采用此电路。中，目前心电图机前置放大器多采用此电路。中，目前心电图机前置放大器多采用此电路。中，目前心电图机前置放大器多采用此电路。左图是同相并联型差分放大左图是同相并联型差分放大左图是同相并联型差分放大左图是同相并联型差分放大器即测量放大器的电路原理器即测量放大器
44、的电路原理器即测量放大器的电路原理器即测量放大器的电路原理图，其第一级是由两个运放图，其第一级是由两个运放图，其第一级是由两个运放图，其第一级是由两个运放A A1 1、A A2 2组成，信号由两个同组成，信号由两个同组成，信号由两个同组成，信号由两个同相输入差分放大器输入，因相输入差分放大器输入，因相输入差分放大器输入，因相输入差分放大器输入，因而有很高的输入阻抗。第二而有很高的输入阻抗。第二而有很高的输入阻抗。第二而有很高的输入阻抗。第二级是由级是由级是由级是由A A3 3构成的基本差分放构成的基本差分放构成的基本差分放构成的基本差分放大器。大器。大器。大器。A A3 3是电路具有高共模是电
45、路具有高共模是电路具有高共模是电路具有高共模抑制比的主要环节，只要保抑制比的主要环节，只要保抑制比的主要环节，只要保抑制比的主要环节，只要保证证证证A A3 3的外围电阻具有对称性，的外围电阻具有对称性，的外围电阻具有对称性，的外围电阻具有对称性，就可以使电路具有很高的共就可以使电路具有很高的共就可以使电路具有很高的共就可以使电路具有很高的共模抑制比。通过分析可以得模抑制比。通过分析可以得模抑制比。通过分析可以得模抑制比。通过分析可以得出，该电路的放大倍数为：出，该电路的放大倍数为：出，该电路的放大倍数为：出，该电路的放大倍数为：负反馈放大器负反馈放大器 1.负反馈的概念及分类负反馈的概念及分
46、类 反馈就是把一个系统的全部或部分输出反馈就是把一个系统的全部或部分输出信号通过某种环节，送回到输入端，与信号通过某种环节，送回到输入端，与系统的输入信号相叠加，以改善系统性系统的输入信号相叠加，以改善系统性能的措施。从反馈信号与原输入信号的能的措施。从反馈信号与原输入信号的相位关系来看，当反馈信号与原信号相相位关系来看，当反馈信号与原信号相位相反时，减弱了输入信号，称负反馈。位相反时，减弱了输入信号，称负反馈。使用了负反馈技术的放大电路称为负反馈使用了负反馈技术的放大电路称为负反馈使用了负反馈技术的放大电路称为负反馈使用了负反馈技术的放大电路称为负反馈放大器，如图放大器，如图放大器，如图放大
47、器，如图1.351.35所示，图中所示，图中所示，图中所示，图中U Ui i为输入信为输入信为输入信为输入信号，号，号，号，U Uo o为输出信号，为输出信号，为输出信号，为输出信号，U Uf f为反馈信号，为反馈信号，为反馈信号，为反馈信号，A A0 0为为为为放大器的放大倍数，放大器的放大倍数，放大器的放大倍数，放大器的放大倍数，F F为反馈系数，它等为反馈系数，它等为反馈系数，它等为反馈系数，它等于反馈信号与输出信号之比，即于反馈信号与输出信号之比，即于反馈信号与输出信号之比，即于反馈信号与输出信号之比，即F=F=U Uf f/U/Uo o，U Ui i 为为为为U Ui i与与与与U
48、Uf f合成之后的实际输入信号。合成之后的实际输入信号。合成之后的实际输入信号。合成之后的实际输入信号。+A0 关关关关于于于于负负负负反反反反馈馈馈馈的的的的方方方方式式式式，从从从从反反反反馈馈馈馈信信信信号号号号与与与与输输输输出出出出电电电电压压压压或或或或输输输输出出出出电电电电流流流流成成成成正正正正比比比比的的的的关关关关系系系系来来来来分分分分：当当当当反反反反馈馈馈馈信信信信号号号号与与与与输输输输出出出出电电电电压压压压的的的的大大大大小小小小成成成成正正正正比比比比时时时时，称称称称电电电电压压压压负负负负反反反反馈馈馈馈；与与与与输输输输出出出出电电电电流流流流大大大大
49、小小小小成成成成正正正正比比比比时时时时，称称称称电电电电流流流流负负负负反反反反馈馈馈馈。从从从从反反反反馈馈馈馈信信信信号号号号与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的连连连连接接接接方方方方式式式式来来来来分分分分：当当当当反反反反馈馈馈馈信信信信号号号号与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号是是是是串串串串联联联联在在在在一一一一起起起起控控控控制制制制输输输输入入入入信信信信号号号号电电电电压压压压大大大大小小小小的的的的，称称称称为为为为串串串串联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈；与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号是是是是并并并并联联联联在在在在一一一一起起起起控控控
50、控制制制制输输输输入入入入信信信信号号号号电电电电流流流流大大大大小小小小的的的的，称称称称为为为为并并并并联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈。归归归归纳纳纳纳起起起起来来来来，负负负负反反反反馈馈馈馈共共共共有有有有四四四四种种种种方方方方式式式式，即即即即电电电电流流流流串串串串联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈、电电电电压压压压串串串串联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈、电电电电压压压压并并并并联联联联负负负负反反反反馈馈馈馈、电流并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈。2.负反馈对放大器性能的改善负反馈对放大器性能的改善 放大器加入负反馈环节，虽然削弱了输放大器加入负反馈环节，