山东大学：《医学电子学基础》课程电子教案（PPT课件）第三章 生物医学常用放大器

第三章生物医学常用放大器 从人体获得的生物医学信号，再经过滤 波、放大、显示等一系列处理过程，才能为 医学研究和临床诊断提供可靠的客观依据。 本章在前面放大电路基本原理的基础上， 首先介绍生物电信号特点、频谱及常用的几 种滤波电路，然后重点讨论负反馈放大器、 直流放大器的工作原理及特点，最后简述功 率放大器

第三章 生物医学常用放大器 从人体获得的生物医学信号，再经过滤 波、放大、显示等一系列处理过程，才能为 医学研究和临床诊断提供可靠的客观依据。 本章在前面放大电路基本原理的基础上， 首先介绍生物电信号特点、频谱及常用的几 种滤波电路，然后重点讨论负反馈放大器、 直流放大器的工作原理及特点，最后简述功 率放大器

主要内容 第一节生物医学信号的特点及频谱 ·第二节常用滤波电路 第三节负反馈放大器 第四节直流放大器 第五节功率放大器

• 第一节 生物医学信号的特点及频谱 • 第二节 常用滤波电路 • 第三节 负反馈放大器 • 第四节 直流放大器 • 第五节 功率放大器 主要内容

第一节生物医学信号的特点及频谱 携带生物信息的信号称为生物信号。其中生物电信号是 由于人体内各种神经细胞自发地或在各种刺激下产生和 传递的电脉冲，肌肉在进行机械活动时也伴有电活动所 产生的信号，如心电、脑电、肌电等。非生物电信号是 由于人体各种非电活动产生的信号，如心音、血压波、 呼吸、体温等。医学中还常通过在人体上施加一些物理 因素的方法来获得生物信号，如各种阻抗图，它以数十 千赫交流电通过人体的一定部位，获得阻抗或导纳变化 的波形图；又如超声波诊断仪器，它向人体发射脉冲式 的超声波，通过回波方式获得的生物信号。另外还有通 过在体外检测人体样品的仪器、生理参数遥测仪器和放 射性探测仪器等获取的生物信号。上述诸多的生物信号 被统称为生物医学信号

第一节 生物医学信号的特点及频谱 携带生物信息的信号称为生物信号。其中生物电信号是 由于人体内各种神经细胞自发地或在各种刺激下产生和 传递的电脉冲，肌肉在进行机械活动时也伴有电活动所 产生的信号，如心电、脑电、肌电等。非生物电信号是 由于人体各种非电活动产生的信号，如心音、血压波、 呼吸、体温等。医学中还常通过在人体上施加一些物理 因素的方法来获得生物信号，如各种阻抗图，它以数十 千赫交流电通过人体的一定部位，获得阻抗或导纳变化 的波形图；又如超声波诊断仪器，它向人体发射脉冲式 的超声波，通过回波方式获得的生物信号。另外还有通 过在体外检测人体样品的仪器、生理参数遥测仪器和放 射性探测仪器等获取的生物信号。上述诸多的生物信号 被统称为生物医学信号

生理参量 幅度范围 主要频率范围(Hz) 表面电极 10uV-5mV (典型值1mV) 0.05-80 0.05-80 电 心脏电极 (典型值50mV) 胎儿心电 (典型值10V) 2~100 脑 头皮电极 10-200μV (典型值50μV) 0.5-100 电 颅内电极 10μV~100mV (典型值500μV) 0.5~100 肌肉电图 20μV-1mV 10~5000(或10-2500) 细胞内电极 100~+200uV(典型值100uV) DC-2000(或1-10000) 细胞外电极 (典型值50μV) DC-1000(或1-1000) 视网膜电图 0-1mV (典型值100μV) DC-25(或0.05-20) 眼电图 0.5-5mV (典型值100V) DC-20 胃电图 (典型值20mV) 0.05-20 平滑肌电图 0.5~100mV DC~1 血 动脉（直接式） 30~300mmHg DC-20(或DC~100) 静脉（直接式） -10-+20mmHg DC-20 收缩压（间接式）】 50-300mmHg 压 舒张压（间接式） 20~60mmHg 二 脉搏波 可变 0.1-20(或0.1~50) 心音 可变 主要20-300（一般为2~2000） 容积脉搏 可变 DC-20 心输出量 3~40L/min 0.05-60(或DC-60) 心率 45-180次/分 0.75-3 主动脉血流速度 18-22cm/s DC-50 血流量 0.05-200ml/s DC~50 毛细血管流速度 0.3-0.7mm/s DC~50 呼吸流量 250-300ml/s (峰值3000ml/s) DC~2 呼吸频率 0.2-0.4s 0.2-0.4 体 口腔 36.7℃~37.7℃（正常值） 腋窝 36.0℃-37.4℃（正常值） 直肠 36.9℃~37.9℃（正常值） 体温测量范围 35℃~42℃ 二 皮肤电阻 1-500kn 人体电阻 100-2000n 二 POx 0~800mmHg DC~1 PCO 1~1000mmg

一.生物电信号的特点及其放大器 生物电信号的频带主要在低频和超低 频范围内，各种生物电中包含了频率很低的成 分。在第二章中介绍的阻容耦合多级放大器很难 通过这种频率的信号，所以本章将介绍适应这种 频率特点的直流放大器。 通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏 级甚至微伏级，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 量的电阻和电容，低噪声的场效应管，电源 也要采取特殊稳定的措施

生物电信号的频带主要在低频和超低 频范围内，各种生物电中包含了频率很低的成 分。在第二章中介绍的阻容耦合多级放大器很难 通过这种频率的信号，所以本章将介绍适应这种 频率特点的直流放大器。 通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏 级甚至微伏级，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 量的电阻和电容，低噪声的场效应管，电源 也要采取特殊稳定的措施。 一 . 生物电信号的特点及其放大器

另外生物电信号的整个频带中要求 放大器的放大倍数稳定、均匀，在信号 幅度范围内具有良好的线性。对于生物 电放大器来讲，电压放大倍数一般都较 高。放大倍数越高，保持稳定就越困难 为了使输出波形不失真，必须采取一定 的电路技术，如负反馈放大技术

另外生物电信号的整个频带中要求 放大器的放大倍数稳定、均匀，在信号 幅度范围内具有良好的线性。对于生物 电放大器来讲，电压放大倍数一般都较 高。放大倍数越高，保持稳定就越困难。 为了使输出波形不失真，必须采取一定 的电路技术，如负反馈放大技术

生物体的阻抗很高，这意味着生物 信号源不仅输出电压幅度低，而且提供 电流的能力也很差，因此要求生物电放 大器的前级必须具有很高的输入阻抗， 以防止生物电信号的衰减，但高输入阻 抗易引入外界干扰，特别是市电50Hz的 干扰，为了提高放大器输入信噪比，常 常加入50Hz陷波器

生物体的阻抗很高，这意味着生物 信号源不仅输出电压幅度低，而且提供 电流的能力也很差，因此要求生物电放 大器的前级必须具有很高的输入阻抗， 以防止生物电信号的衰减，但高输入阻 抗易引入外界干扰，特别是市电50Hz的 干扰，为了提高放大器输入信噪比，常 常加入50Hz陷波器

生物电信号的信噪比较低，这是由于生 物体内各种无规律的电活动在生物电信号中 形成噪声，有些生物电信号被其他更强的电 活动所淹没，如希氏束电图H波，只有1~ 10μV,比心电信号弱得多，再有胎儿心电 信号的幅度约为5V,比母体心电信号弱很 多，使噪声电压超出生物电信号电压。当无 用信号掩盖了有用信号时，提取这些电信号 就需要借助于微弱信号检测技术

生物电信号的信噪比较低，这是由于生 物体内各种无规律的电活动在生物电信号中 形成噪声，有些生物电信号被其他更强的电 活动所淹没，如希氏束电图H波，只有1～ 10μV，比心电信号弱得多，再有胎儿心电 信号的幅度约为5μV，比母体心电信号弱很 多，使噪声电压超出生物电信号电压。当无 用信号掩盖了有用信号时，提取这些电信号 就需要借助于微弱信号检测技术

总之，为适应生物医学信号频率 较低且频带较宽、阻抗较高且幅度较 低和信噪比较小的特点，必须选用低 截止频率、高输入阻抗和放大倍数稳 定的放大器

总之，为适应生物医学信号频率 较低且频带较宽、阻抗较高且幅度较 低和信噪比较小的特点，必须选用低 截止频率、高输入阻抗和放大倍数稳 定的放大器

二.生物医学信号的频谱 实际的信号波形是很复杂的，大多不是 正弦波，但借助频谱分析的方法，这种非正 弦式周期波形可以被分解为数目足够多的， 幅度不同、频率不同、初位相不同的正弦波

二. 生物医学信号的频谱 实际的信号波形是很复杂的，大多不是 正弦波，但借助频谱分析的方法，这种非正 弦式周期波形可以被分解为数目足够多的， 幅度不同、频率不同、初位相不同的正弦波