《生物医学常用放大器课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物医学常用放大器课件.ppt（163页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第三章 生物医学常用放大器,利用电子技术，可以把除了生物电以外的各种生理参数借助医用传感器变成易控制的电信号，进行放大、信号加工、A/D转换、显示和记录。这样就能比较方便地研究和观察生命过程的各种微妙变化，使得生命现象能够客观又定量地显示和计算。,由于人的机体是一极复杂的机构，通常临床诊断的数据较多，一般分为物理量、生化量等几种形式。诸量都与生理状态有关，通过计量和比较彼此之间的变化，即可作为诊断的主要依据，也就是说，变成了医用诊断数据。这些数据除了生物电以外都是非电量，这可以借助各种医用传感器变成易控制的电信号，然后再予以放大、信号加工、A/D转换、显示或记录。利用医用电子学的方法，肌体的主
2、要诊断数据基本上都可以很方便地取得。,3.1 生物医学信号的特点及频谱 3.2 常用滤波电路3.3 负反馈放大器3.4 直流放大器3.5 集成运算放大器3.6 功率放大器,一、生物医学信号的特点,从表中可以看出：,通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏级甚至微伏级。所以，要提取生物信号，必需经过一定的放大处理。,由于生物电信号非常微弱，而普通的电子元件的噪声相当于数微伏无规则电压，为了使数微伏级的生物电信号不被噪声淹没，放大器的前级必须选用高质量的电阻、电容，低噪声的场效应管，对电源要求输出稳定；此外，要求放大器的放大倍数稳定、均匀，具有良好的线性。,生物电信号的频带主要在低频和超低频范围内，且频
3、带较宽。,生物体的阻抗很高,A.正弦信号,二、生物医学信号的频谱,B.方波信号,满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数,直流分量,其中,基波分量,三次谐波分量,二、生物医学信号的频谱,周期性波形的频谱,n=0、1、2、3,n=1时，fn为f1，f1是非正弦式周期波的重复频率基频。此频率的正弦波称为基波，其它正弦波的频率fn都是基频的整数倍，称为n倍频，相应的正弦波称为n次谐波。即n=2、3、4分别对应二次、三次、四次谐波，用特性曲线来表示，一般是频谱的方法来表示。,0,脉冲波形的频谱,在时间上短促的波形称为脉冲。,单个孤立的波形可以用一系列正弦波的叠加来组成，频率取连续值，且具有连续频谱。连续频谱
4、的波形叠加用积分式表达：,1,2,3,4,5,6,1/,/2,/2,脉冲高度,矩形脉冲宽度,1/2,2/2,3/2,1/2,0.6065/2,0.6065,0.135,0.01,预备知识,传递函数的概念,对于二端口网络，传递函数就是拉氏变换形式表示的输出电压或电流与输入电压或电流之比（二端口内部没有独立电源和附加电源）。,拉氏变换和傅立叶变换都是积分变换，通过积分变换把已知的时域函数变换为频域函数。,第二节 常用滤波电路,滤波器：一种使有用的信号能顺利通过，无用信号被消除或衰减的电路。,被滤除（或被衰减）的信号频带称为阻带被传输的信号频带称为带通。,Review,放大电路的分析,静态工作点的确
5、定：,估算法,图解法,当输入电压幅度较小或BJT基本上在线性范围内工作时，特别时放大电路比较复杂时，可用微变等效电路法来分析；,动态分析,当输入电压幅度较大，BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分时，需要采用图解法进行分析。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,Q,Q,Q,失真分析,固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。,静态工作点的稳定,分压式偏置电路：,耦合方式：直接耦合；阻容耦合
6、；变压器耦合；光电耦合。,多级阻容耦合放大电路,耦合：即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1.静态：保证各级Q点设置,2.动态:传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,关键:考虑级间影响。,1.静态:Q点同单级。,2.动态性能:,方法:,ri2=RL1,+UCC,1M,(+24V),R1,27k,C2,C3,R3,R2,RL,RE2,82k,43k,10k,8k,10k,C1,RC2,T1,RE1,CE,T2,性能分析,多级阻容耦合放大器的特点：,(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻
7、是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。,生物医学信号的特点,通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏级甚至微伏级。所以，要提取生物信号，必需经过一定的放大处理。,由于生物电信号非常微弱，而普通的电子元件的噪声相当于数微伏无规则电压，为了使数微伏级的生物电信号不被噪声淹没，放大器的前级必须选用高质量的电阻、电容，低噪声的场效应管，对电源要求输出稳定；此外，要求放大
8、器的放大倍数稳定、均匀，具有良好的线性。,生物电信号的频带主要在低频和超低频范围内，且频带较宽。,生物体的阻抗很高,常用滤波电路,低通滤波器,对低频信号几乎无衰减地传输，但阻止高频信号通过,0.707,fH,低通滤波器有多种结构，最简单的是由电容C构成，结构稍复杂的是C型、L型、型、T型低通滤波器。,上限频率,当信号频率很低（f/fH1时，Tff/fH，高频成分被衰减，Tf 与f成反比。当ffH时，即信号频率等于上限频率时，相位落后/4。晶体管也有低通滤波的作用。,滤波特点分析,相关参数的确定：,fH1/2RC,高通滤波器,对高频信号几乎无衰减地传输，但阻止低频信号通过。,0.707,fL,滤
9、波特点分析,当频率很低时，低频成分被衰减，Tf 与f成正比。当频率很高时，高频成分能顺利通过，且相位也不改变。fL为下限频率，当ffL时，通频带为fL。晶体管也有低通滤波的作用。,时间常数RC，一般使fL在25之间。,相关参数的确定：,带通滤波器,对规定频带内的信号可以无衰减地传输，而对低于或高于该频带的信号有很大的衰减。,0.707,1,fL,fH,相关参数,品质因数Q,当Q值低时，电路的选频能力小，允许比较宽的频带范围的信号通过宽带滤波。最简单的低频（低Q值）滤波器可由高通和低通滤波器共同组合而成，其允许通过的频带由fL和fH决定。,当Q值高时，电路具备较强的选频能力，即只允许较窄的频率范
10、围的信号通过，称为窄带滤波。此时的电路可称为选频电路。对于数兆赫兹以上的高频信号，只有用电阻、电容和电感组合起来才能组成高频窄带（高Q值）滤波器，对于低频生物医学信号只有电阻、电容和放大器结合起来，才能组成低频窄带（高Q值）的滤波器。,带阻滤波器,只阻止所规定频段的信号，低于或高于该频段的信号都能通过。,0.707,fL,fH,1,R,Ui,Uo,陷波频率：,输出开路的情况下,在实际电路中，接上负载后，Q值将会降低；,由于电阻和电容存在误差，各个电阻、电容不能严格保证公式中的比例，在f0处的传输系数不会等于零。因此，实际的Q值往往是低于理论值的。,带阻滤波器在生物医学放大电路中常常用作50Hz
11、陷波器，用来滤掉50Hz的市电干扰，此时f050Hz,一、负反馈的概念,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。,这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。,取+加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取-削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,反馈框图：,一、电压反馈和电流反馈,电压反馈：反馈信
12、号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。,电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。,根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。,二、负反馈的方式,根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。,串联反馈使电路的输入电阻增大,二、串联反馈和并联反馈,ube=ui-uf,ib=i-if,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。,并联反馈使电路的输入电阻减小。,三、交流反馈与直流反馈,交流反馈：反馈只
13、对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。,若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。,在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。,有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。,负反馈,交流反馈,直流反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,稳定静态工作点,负反馈的分类小结,电流串联负反馈,+UCC,RC,C2,C1,RB1,RE,Ic(IE),三、几种负反馈电路,I1,由于某种原因使得IC,VE,VBE,IB,Ic,直流工作情况,RB2,交流通路,RE,ui,(+),(+
14、),ie,ic,i0,uf=ie Re io Re，就是反馈电压,ube=ui-uf,电路中反馈信号uf以电压形式出现，在输入回路中，uf起抵消ui的作用，致使三极管净输入电压ube=ui-uf 减小，放大倍数下降，由Re 产生的uf与ui串联，属串联负反馈，uf与输出电流io ie 成比例，即输出取样对象为电流。,电流反馈的重要特点是维持输出电流的恒定，在ui一定的条件下，不论何种原因，使io减小，负反馈的作用，将引起如下的自动调整过程：,uf,ube,io,io,电压串联负反馈,+UCC,C1,RB1,RE,RB2,在输入回路中，Re上的反馈电压与加在三极管基极上的输入信号电压是串联关系，
15、相加的结果是基极上输入电压的变化量相应减少，所以是负反馈。,电压串联负反馈,+UCC,C1,RB1,RE,RB2,ui=uo+ube=uo+rbeib,电路的电压放大倍数略小于1，输出电压与输入电压同相，输出电压跟随输入电压变化,射极跟随器,射极跟随器不能对输入信号电压进行放大，但输出电流却远比基极输入电流大，功率放大倍数是,Kp=po/pi=uo ie/ui ib1,输出电阻ro,通常 Re（Rs+rbe）/(1+)且1,所以,例：当三极管的50，rbe1k，Rs=50，Rb=100 k Rs=Rs|Rb=50|100k50，ro=21,射极跟随器的输出电阻很小，一般在几十欧到几百欧的范围内
16、。,电压负反馈使放大器的输出电阻减小。,电路的输入电阻：在不考虑RB1、RB2分流作用的情况下,RE=Re|RL,考虑到RB1、RB2分流作用,电压串联负反馈有很高的输入阻抗，这对生物医学信号的测量有重要意义。,反馈网络F,基本放大器K0,ui,uf,uo,RE,串联比较,电压取样,不管是串联还是并联负反馈，只要是电压反馈都具有稳定输出电压的作用。,RL,uf,ube,uo,uo,当ui一定时，若负载电阻RL减小而致使uo下降,电压反馈的重要特点是具有使电路的输出电压基本维持恒定的作用，因为无论反馈信号以何种方式引回到输入端，实际上都是利用输出电压uo本身的变化，通过反馈元件对放大电路起自动调
17、整作用，这就是电压反馈的实质。,由于电压串联负反馈有高输入电阻、低输出电阻，所以在电子电路中，经常作为阻抗转换装置，插在各级放大器中以及信号源与放大器间的连接处，以匹配各级间的阻抗。在医学仪器中，广泛应用由场效应管组成的源极跟随器，场效应管与三极管相比具有噪声小、输入电阻高等优点。,+UCC,C1,RF,RE,Rc,-,电压并联负反馈,ui,Rs,ib,if,ic,A,ii if+ib,即：三极管所得到的净输入电流 ib ii if,if 与ii 是并联关系,基极电流实际发生的改变较小，输出电压较小，使放大倍数降低。,电路为电压并联负反馈,当Rs0时，if与ii无关，反馈信号将不起作用；当Rs
18、0且很大时，反馈影响最大。,电压并联负反馈,电压并联负反馈与电压串连负反馈一样都能使放大器的输出电阻减小，维持输出电压基本恒定。,电流反馈的重要特点是维持输出电流的恒定。,电压反馈的重要特点是使电路的输出电压基本维持恒定。,串联负反馈使输入电阻增加,并联负反馈使输入电阻减小,电压负反馈减小输出电阻,电流负反馈增加输出电阻,四、负反馈对放大器性能的改善,开环放大倍数,反馈系数,闭环放大倍数,一、对放大倍数的影响,Ko,开环放大倍数,KF,闭环放大倍数,同相，所以,则有：,负反馈使放大倍数下降。,(3)引入负反馈使电路的稳定性提高。,在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。,二、对通频带的
19、影响,引入负反馈使电路的通频带宽度增加：,三、改善波形的失真,加反馈前,加反馈后,改善,四、对输入、输出电阻的影响,1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：,2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：,例如:射极输出器,理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。,理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。,3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：,例如:射极输出器,理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。,放大电路空载时可等效右图框中为电压源：,输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。,理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。,放大电路
20、空载时可等效为右图框中电流源：,输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。,4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：,四、抑制干扰和噪声,五、注意点,六、负反馈类型的判别,电压反馈与电流反馈判别方法：,电压反馈一般从后级放大器的集电极采样。,电流反馈一般从后级放大器的发射极采样。,并联反馈与串联反馈判别方法：,并联反馈的反馈信号接于晶体管基极。,串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极。,注意：直流反馈中，输出电压指UCE，输出电流指IE或IC。,用输出短路法来判别电压、电流反馈：,分析时将放大器的输出端短路，如果此时反馈信号不再存在，就是电压反馈；反之，若反馈信号依然存在，就是电流反馈。,判断负反馈的方
21、法瞬时极性法,假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。,如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。,判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。,直 流 放 大 器,直流放大器需要解决的两个问题：,各级间的耦合问题：,零点漂移的问题：,增加R2、RE2:用于设置合适的Q点。,问题 1:前后级Q点相互影响。,直接耦合电路的特殊问题,问题 2:零点漂移。,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当 ui 等于零时，uo不等于零。,有时会将
22、信号淹没,一、直流放大器的级间耦合,后级接发射极电阻RE,ui,uo,后级发射极接二极管或稳压二极管,辅助电源法,利用PNP型管与NPN型管的组合电路,+EC,RB,RC2,T1,T2,RC1,ui,uo,二、差分放大器,预备知识,差模信号,共模信号,即两个输入端信号的算术平均值,即两个输入端信号之差,特点：结构对称。,ui1,ui2,二、差分放大器,当没有输入信号,ui1=ui2=0,RC1IC1RC2IC2,UC1=UC2,Uo=0,输入信号电压为零时，输出信号电压也为零。,当把输入信号电压ui加在两个输入端之间,ui1ui/2,ui2-ui/2,差模信号,差模输入,ic1=-ic2=ic
23、,uoui1ui2 RC1iC1RC2iC2=2RCiCRC/rbe,电路是根据两个输入信号之差来工作的，所以有差动式电路之称。,抑制零漂的原理,uo=UC1-UC2=0,uo=(UC1+uC1)-(UC2+uC2)=0,当 ui1=ui2=0 时：,当温度变化时：,+UCC,差分放大器的改进型,具有射极公共电阻的差动放大器,T(),IC1IC2,IE,UE,UBE1UBE2,IB1,IB2,Re,IC1,IC2,+EC,uo,RC1,RB1,T1,RS1,RC2,RB2,T2,RS2,ui1,ui2,RE,带恒流源的差动放大器,R3,1.恒流源相当于阻值很大的电阻。,2.恒流源不影响差模放大
24、倍数。,3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,共模抑制比CMRR：说明差动放大器抑制共模信号的能力,CMRR=Kd/Kc,CMR=20lg Kd/Kc,+EC,uo,RC1,RB1,T1,RS1,RC2,RB2,T2,RS2,ui1,ui2,RE,R3,RE,差放电路的几种接法,双端输入双端输出：,Kd=Kd1,双端输入单端输出：,a,b,m,n,单端输出：,对Kd而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,ud=0.5ui,uc=0,ud=0.5ui,uc=0.5ui,a,b,m,n,差分放大
25、器具有抑制零点漂移，且有灵活的输入输出方式，被广泛应用于各种生物医学测量仪器中。它是集成运算放大器的基础。,三、调制型直流放大器,斩波调制器,S,ub,三、调制型直流放大器,解调,信号,S,uA,A,三、调制型直流放大器,解调,S,ub,集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成电路的优点：,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,集成运算放大器：,将整个运算放大器集成在一个小硅片上,用于模拟计算机中进行各种数学运算,一、集成运放的内部结构及特点,集成电路内部结构的特点：,1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2.电阻元件由硅半导体构成，范
26、围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。,3.几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。,4.二极管一般用三极管的发射结构成。,UEE,+UCC,u+,uo,u,反相输入端,同相输入端,原理框图：,输入级,中间级,输出级,与uo反相,与uo同相,对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR,输入阻抗 ri 尽可能大。,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。,对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io。即输出阻抗 ro小。,（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管
27、，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,ri 大:几十k 几百 k,运放的特点：,CMRR 很大,ro 小：几十 几百,K d 很大:104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,开环差模电压放大倍数Kd,无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107（或60100dB）之间。理想运放的Kd为。,共模抑制比CMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。,输入阻抗ri,ri1M,有的可达100M以上。,输出阻抗ro,ro=几-几十。,二、集成运放的主要性能指标,输入失调电压Uis,输入电流Iis,还有其他一些反映运放对成性、
28、零漂等的参数。不再一一介绍。,反映了运放差动输入级的对称程度，失调电压越大，运放的对称性越差。一般为毫伏级。,由差动输入级两个晶体管值不一致所引起的。,Kd越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放 处于线性区。,线性放大区,三、运放工作在线性区时的特点,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，为了便于分析，常将其理想化理想运放。,理想运放的条件,放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。,运放工作在线性区的特点,在分析信号运算电路时对运放的处
29、理,四、集成运放的理想模型,四、集成运放的理想模型,理想运放的条件,输入信号为零时，输出电压为零,特性不随温度变化,对于各种实际的集成运放电路，可以用理想模型进行分析、计算，这样可以使电路的分析简化，同时不影响结果。,五、运算放大器的基本电路,比例运算电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,i1=if,1.放大倍数,虚连接,虚开路,一、反相放大器,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。,反相放大器的闭环电压放大倍数只与外接电阻R1、RF有关，而
30、与集成运放本身的参数无关。,当 RF=R1时，uo=ui，,反相器,2.电路的输入电阻,ri=R1,R2=R1/RF,uo,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大RF，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,4.共模电压,输出电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,3.反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小！,反相放大器的特点：,1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4.在放大倍数较大时，该电路结
31、构不再适用。,例：求Ku=?,i1=i2,虚连接,虚开路,当RFR4时，,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。,二、同相放大器,u-=u+=ui,反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。,虚连接,虚开路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,Ii=0,i1=if,同相比例电路的特点：,3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。,1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压
32、跟随性能好。,三、电压跟随器,结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,解出：,四、差分放大器,R1=R2，R3=RF,当 R1=R2R3=RF 时，,输出电压等于两输入端电压之差,实现减法运算,差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。,加减运算电路,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,五、运算放大器的基本电路,一、反相加法运算,实际应用时可适当
33、增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,二、同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,此电路如果以 u+为输入，则输出为：,u+与 ui1 和 ui2 的关系如何？,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,流入运放输入端的电流为0（虚开路）,三、加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,虚短路,虚开路,虚开路,输出电压等于各输入电压按不同比例相加或相减。,如果R1、R2、R3、R4取不同的值，需按权重进行加减法。,
34、如果R1=R2=R3=R4，可以实现普通的加减运算。即,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。,2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,微分运算电路与积分运算电路,u=u+=0,一、微分运算,输入方波，输出是三角波。,二、积分运算,积分电路的主要用途：,1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。5.在医疗电子仪器中常用于对呼吸流速等进行积分处理，求得呼吸流量、血液流量等生理参数。,对数与反对数运算电路,一、对数运
35、算电路,二极管PN结的正向电流为,UT26mV，,理想运放时，i1=iD,两边取对数,二、反对数运算电路,理想运放时，iD=if，uD=ui,三、乘除法运算电路,ui1,ui2,lnui1,lnui2,ln(ui1ui2),ui1ui2,测量放大器,虚短路：,虚开路：,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。电路的共模抑制比主要取决于A1和A2的对称性和各电阻值的匹配精度。如果A1和A2对称，且各电阻值的匹配误差为0.001，那么电路的共模抑制比可达100dB以上。,例1：由三运放放大器组成的温度测量电路。,Rt：热敏电阻,集成化:仪表放大器,Rt=f(T
36、C),例2：心电放大器，书p105,同相串联型差分放大器,当 时，,电压比较器,电压比较器的作用,对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。,UR：参考电压 ui：被比较信号,特点：运放处于开环状态。,当ui UR时,uo=+Uom当ui UR时,uo=-Uom,一、若ui从同相端输入,UR,当ui UR时,uo=-Uom,二、若ui从反相端输入,三、过零比较器:(UR=0时),例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,比较器的特点,1.电路简单。,2.当Ko不够大时，输出边沿不陡。,3.容易引入干扰。,低通,高通,带通,带
37、阻,四种典型的频率特性,有源滤波电路,有源滤波器的优点：,1.不使用电感元件，体积小重量轻。,2.有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。,3.除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。,有源滤波器的缺点：,1.不宜用于高频。,2.不宜在高电压、大电流情况下使用。,3.可靠性较差。,4.使用时需外接直流电源。,有源低通滤波器,R,R2,如何组成高通滤波器？,将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。,有源陷波器,ui,当 f f0 时，,阻抗低,u+=ui,当
38、f f0 时，,信号经 R传输,当 f=f0 时，,高通滤波通道,低通滤波通道,注意：Q值不宜过大，通常不超过10，否则易产生振荡。,例1：扩音系统,功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,5.6 功率放大器,例2：温度控制,R1-R3:标准电阻,Ua:基准电压,Rt:热敏电阻,A：电压放大器,Rt,T,UO,室温T,Ub,UO1,一、甲类功率放大器、乙类功率放大器,甲类功率放大器晶体管工作点在特性曲线的线性部分。,大功率管,功放电路应注意的问题,(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM
39、、UCEM、PCM。,(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3)电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Pomax:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。,如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。,缺点：但又会引起截止失真。,（变阻抗）,变压器原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,二、变压器耦合推挽功率放大器,利用变压器的阻抗变换（RL=K2 RL）功能，通过改变变压器的匝数比K，使电
40、路得到合适的负载，实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。,特点,2.原理电路,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1、T2 轮流导通。,输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,2.动、静态分析,静态分析：,ui=0，T1、T2 均截止，iL=0。,变压器线圈对于直流相当于短路。,动态分析：,ui 0 时：T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。,若ui 为正弦信号，则 iL近似为正弦波。,ui 0 时：T2导通
41、、T1截止，ic2 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic2决定。,T1、T2都只在半个周期内工作，存在交越失真。,三、无变压器耦合功率放大器,ui,-E2,T1,T2,uo,+E1,RL,iL,1.由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,2.双电源供电。,3.输入输出端不加隔直电容。,克服交越失真的措施：,静态时 T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,动态时 设 ui 加入正弦信号。正半周，T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，T1截止，T2 基极
42、电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。,特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,集成功放LM384：,生产厂家：美国半导体器件公司,电路形式：OTL,输出功率：8负载上可得到5W功率,电源电压：最大为28V,四、集成功率放大器,集成功放 LM384管脚说明:,14-电源端（Vcc）,3、4、5、7-接地端（GND）10、11、12-接地端（GND）,2、6-输入端（一般2脚接地）,8-输出端（经500 电容接负载）,1-接旁路电容（5）,9、13-空脚（NC）,END,抑制零点漂移的原理：,VoVo1-Vo2,RC1,RB1,T1,RS1,RC2,RB2,T2,RS2,ui1,Vo1,Vo2,因为电路完全对称，所以无论温度的变化，还是电源电压的波动，VC1=VC2，或Vo1=Vo2,ui2,相同的变化量互相抵消，致使输出电压不变，从而抑制了零点漂移,
