三集成运放信号的输入方式测量放大器中当输入信号等于共模信号时输出电压怎么算?

1、PN结加正向电压时,空间电荷区将(A)。

2、在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要取决于(C)。

3、在掺杂半导体中,少子的浓度受(A)的影响很大。

4、N型半导体(C)。

5、半导体二极管的重要特性之一是(B)。

6、实际二极管与理想二极管的区别之一是反向特性中存在(B)。

7、当温度升高时,二极管的反向饱和电流将(C)。

8、二极管的伏安特性曲线的反向部分在环境温度升高时将(D)。

9、关于BJT的结构特点说法错误的是(C)。

A.基区很薄且掺杂浓度很低

B.发射区的掺杂浓度远大于集电区掺杂浓度

C.基区的掺杂浓度远大于集电区掺杂浓度

D.集电区面积大于发射区面积

10、某三极管各电极对地电位如图所示,由此可判断该三极管工作在(C)。

11、小信号模型分析法不适合用来求解(A)。

12、利用微变等效电路可以计算晶体三极管放大电路的(B)。

13、某单管放大器的输入信号波形为,而输出信号的波形为,则该放大器出现了(C)失真。

14、交流信号从b、c极之间输入,从e、c极之间输出,c极为公共端的放大电路是(D)。

15、以下不是共集电极放大电路的是(D)。

16、共发射极电路中采用恒流源作有源负载是利用其(B)的特点以获得较高增益。

A.直流电阻大、交流电阻小

C.直流电阻和交流电阻都小

B.直流电阻小、交流电阻大

D.直流电阻和交流电阻都大

17、引起放大电路静态工作点不稳定的诸因素中,(D)的影响最大。

18、在单级放大电路的三种基本接法中,对它们的特性做一个相互比较,描述正确是(B)。

A.共射电路的Av最大、Ri最小、Ro最小

C.共基电路的Av最小、Ri最小、Ro最大

B.共集电路的Av最小、Ri最大、Ro最小

D.共射电路的Av最小、Ri最大、Ro最大

19、以下关于JFET说法错误的是(A)。

A.JFET是电流控制电压器件,受控制

B.JFET栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的,因此,其,输入电阻的阻值很高

C.预夹断前,与呈近似线性关系;预夹断后,趋于饱和

D.P沟道JFET工作时,其电源极性与N沟道JFET的电源极性相反

20、场效应管起放大作用时应工作在其漏极特性的(B)。

21、反映场效应管放大能力的一个重要参数是(D)。

22、以下关于共源放大电路的特点说法正确的是(B)。

23、以下关于共漏放大电路的特点说法正确的是(A)。

A.电压增益小于1但接近1

D.输出电阻主要由Rd决定

24、以下关于共栅极放大电路的特点说法正确的是(C)。

A.电压增益小于1但接近1

25、电流源电路的特点是直流电阻(B)。

26、在直接耦合的多级放大电路中,常采用差分放大电路作为输入级,其主要目的是(A)。

27、以下关于实际集成运放的静态指标说法错误的是(D)。

A.输入失调电压是指输入电压为零时,为使输出电压也为零,在输入端加的补偿电压

B.输入失调电流指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差

C.输入偏置电流是指集成运放两输入端静态电流的平均值

D.输入失调电压温漂可以用外接调零装置的办法来补偿

28、共模输入信号是指一对输入信号(B)。

A.大小相等,相位不等

C.大小不等,相位相等

B.大小相等,相位相等

29、差分放大器由双端输入变为单端输入,差模电压增益(C)。

B.为双端输入时的1/2

D.vic=250mV,vid=50mV31、集成运放电路采用直接耦合方式是因为(C)。

A.可获得很大的放大倍数

C.集成工艺难于制造大容量电容

32、共模抑制比KCMR越大,表明电路(C)。

C.抑制温漂的能力越强

D.输入信号中的差模成份越大

33、负反馈所能抑制的干扰和噪声是(B)。

A.输入信号所包含的干扰和噪声

C.反馈环外的干扰和噪声

B.反馈环内的干扰和噪声

D.输出信号中的干扰和噪声

34、以下关于负反馈对放大电路性能的影响说法错误的是(A)。

A.放大电路的闭环增益Af增加

B.放大电路增益的稳定性提高

C.放大电路的通频带得到了扩展

D.负反馈对放大电路所有性能的影响程度均与反馈深度(1+AF)有关

35、为使负反馈的效果更好,当信号源内阻较小时,宜采用(A)。

36、电压、电流反馈的判断方法说法错误的是(D)。

A.常用方法是“输出短路法”

B.设RL=0(或vo=0),若反馈信号不存在了,则是电压反馈

C.设RL=0(或vo=0),若反馈信号仍然存在,则是电流反馈

D.电流负反馈能稳定输出电压

37、反馈放大电路的含义是(C)。

A.输出与输入之间有信号通路

B.除放大电路以外还有信号通路

C.电路中存在反向传输的信号通路

D.电路中存在使输入信号削弱的反向传输通路

38、欲从信号源获得更大的电流,并稳定输出电流,应在放大电路中引入(D)。

39、关于电压跟随器说法错误的是(A)。

D.在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器

40、运算放大器中“虚地”的概念只存在于(A)。

41、反相比例运算电路如图所示,以下说法错误的是(C)。

A.由虚断,B.由虚短,反相输入端的电位接近于地电位,即虚地

D.输出电压与输入电压相位相反

42、把正弦波变成方波,可通过(D)实现。

43、若输入电压保持不变,但不等于零,则(D)电路的输出电压等于零。

44、在输入信号从极小到极大的一次变化过程中,迟滞比较器的输出会发生(B)次翻转。

D.345、串联反馈式稳压电路的调整管工作在(A)状态。

46、当稳压管在正常稳压工作时,其两端施加的外部电压的特点为(C)。

47、乙类互补推挽功率放大电路在输出电压幅值等于(A)时,管子的功耗最小。

C.0.64倍的电源电压

48、乙类互补对称功率放大电路的效率在理想情况下可达到(B)。

49、已知一个放大器上限截止频率是,下限截止频率是,则放大器的工作带宽是(C)。

50、当我们想要放大频率为10kHz以上的信号时,应采用(B)滤波器。

二、判断题(下列说法是否正确,正确划√,错误划×。

1、未加外部电压时,PN结中电流从P区流向N区。(×)

2、二极管的反向电流值愈小,管子的单向导电性愈好。(√)

3、集电结处于正偏的BJT,它一定工作在饱和区。(×)

4、射极跟随器的放大倍数为1,因此在电路中不起任何作用。(×)

5、只有电路既放大电流又放大电压,才称其有放大作用。(×)

6、反相比例运算电路中,运放的反相输入端为虚地点。(√)

7、同相比例运算电路的输入电流几乎等于零。(√)

8、对于结型场效应管,要求栅源极间加反向偏置电压。(√)

9、场效应管是一种电流控制器件。(×)

10、零偏压电路适用于所有的场效应管放大电路。(×)

11、放大电路采用复合管是为了增大放大倍数和输入电阻。(√)

12、镜像电流源电路中两只晶体管的特性应完全相同。(√)

13、甲类放大电路的效率最高可以达到78.5%。(×)

14、乙类功放电路在输出功率最大时,功率管消耗的功率最大。(×)

15、差分放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。(√)

16、正反馈多用于改善放大器的性能。(×)

17、只要电路引入了正反馈,就一定会产生正弦波振荡。(×)

18、负反馈越深,电路的性能越稳定。(×)

19、若放大电路的放大倍数为负,则引入的反馈一定是负反馈。(×)

20、整流的主要目的是将正弦波变成方波。(×)

1、杂质半导体的特点是两种载流子浓度,其导电性受温度的影响

2、参与BJT三极管导电的载流子不但有,还有

4、由PN结构成的半导体二极管具有的主要特性是

5、求放大电路的静态工作点,应采用

通路,这时应将电路中的电容器,将直流电源

。(直流;开路;保留)

6、半导体三极管按结构可分为两种类型:

7、二极管两端加正向电压时

8、BJT具有放大作用的外部条件是发射结

9、BJT处于截止状态的条件是发射结

10、当温度升高时,三极管的下列参数变化趋势为:电流放大系数β

增大,反向饱和电流ICBO

增大,IB不变时,发射结正向电压VBE

11、共射、共集和共基三种放大电路中,被称为射极输出器、电压跟随器的是

12、输出电压与输入电压相位相反的放大电路组态是

13、场效应管按结构可分为两大类:

14、共源极放大电路的输入输出电压相位关系为

15、直接耦合多级放大器存在零点漂移严重的问题。

16、电压并联负反馈能稳定

输出电压,并能使输入电阻

17、差动放大器具有抑制

18、放大电路中为了提高输入电阻应引入

负反馈;为了减小输出电阻应引入

19、负反馈放大电路的四种类型分别是: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.20、乙类推挽放大器的主要失真是

交越失真,要消除此失真,应改用

21、共模信号是指两个信号大小

22、集成运算放大器工作在比例运算放大时处于

区;作为比较器工作时处于

电压的作用,工作在反向击穿

状态。(电压;反向击穿)

24、甲类放大器导通角为

360°,乙类放大器导通角为

1、温度变化时,会引起BJT的哪些参数变化?如何变化?

答:、、随温度升高而增大,随温度升高而减小。

2、三极管有哪几种工作状态,其工作条件和特点是什么?

答:三极管有放大、截止、饱和三种工作状态。若发射结正偏,集电结反偏则工作在放大状态,该区有电流放大作用;若发射结和集电结均反偏则工作在截止状态,该区集电极电流基本为零;若发射结和集电结均正偏,则工作在饱和状态,该区管压降很小。

3、集成运算放大器由哪几部分组成,各有何特点?

答:集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成。输入级采用差动放大器来减小零点漂移及抑制共模信号;中间级采用有源负载复合管共射放大器来提高电压放大倍数;输出级采用甲乙类互补对称功率放大器来减小交越失真和提高电源转换效率;各级采用统一的偏置电路系统来提供稳定的偏置电流以提高其静态工作点的稳定性。

4、为什么负反馈能改善放大器的性能,它对放大器的性能有什么影响?

答:负反馈放大器具有自动调节净输入信号,使输出趋于稳定的能力,所以能改善放大器的性能。它能(1)提高放大倍数的稳定;(2)减少非线性失真;(3)抑制反馈环内的噪声;(4)根据需要改变输入电阻和输出电阻。

5、稳压管稳压电路由哪些电路组成,各起什么作用?

答:稳压管稳压电路由限流电阻和稳压管组成。限流电阻起限流及调压的作用,稳压管工作在反向击穿状态,起电流调节作用,最后达到稳定输出电压的目的。

6、什么电路能把交流电变为稳定的直流电,该电路由哪几部分组成?各部分的关键元件是什么?各起什么作用?

答:直流稳压电路能把交流电变为稳定的直流电。该电路由整流电路,滤波电路,稳压电路等三部分组成。整流电路的关键元件是电源变压器和整流二极管,起变交流电为直流电的作用;滤波电路通常用大电容器构成,使脉动直流电变得平滑;稳压电路可由稳压管稳压电路或串联型稳压电路组成,可使在交流电压幅度波动或负载变动时,输出电压稳定。

1﹑二极管电路如下图。图中二极管为理想二极管,E1=5V,E2=5V,若Vi=(V):

(1)Vi为何值时D1,D2导通;(2)对照Vi波形画出Vo波形。

(2)Vo为双向限幅波形,波形图如下:

2、测得某放大电路中BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA

=-0.7V,试分析A、B、C中哪个是基极、发射极、集电极,并说明此BJT是NPN管还是PNP管?

解:{解题思路:由已知,该三极管工作在放大状态,即发射结正偏,集电结反偏,则对于NPN型三极管有Vc>Vb>Ve;对于PNP型三极管有Ve>Vb>Vc。

V,故电极C(-0.7V)对应的是基极,与基极电位相差0.7V的为发射极,即电极B(0V)对应的是发射极,电极A(-6V)对应集电极。该BJT为PNP管。

结论:A、B、C分别为集电极、发射极、基极。该BJT为PNP管。

3、下图为反馈放大器电路。

(1)判断各反馈放大器的反馈类型;

(2)说明其对输出电压、输出电流及对输入电阻的影响。

解:(1)(a)为电压并联负反馈,(b)为电流串联负反馈;

(2)(a)稳定输出电压,减少输入电阻,(b)稳定输出电流,增大输入电阻。

4、设如图所示电路中的运放均是理想的,试写出各电路的输出与输入的关系式。

5﹑差动减法电路如图所示,求输出电压的表达式。当时,=?

差动减法电路输出电压有

当时,6、加减运算电路如图所示。假设运放是理想的,求输出电压vo的表达式。

解:由叠加原理,输出电压可看做、和、分组单独作用的结果叠加。

当、单独作用时,电路变为反相加法器,如图(a)。

此时,当、单独作用时,电路变为同相加法器,如图(b)。

7、电路如图所示,试求输出电压的表达式。

解:由图知,由已知,故:

8、运放电路如下图。请写出:

(2)Vo3与Vo的关系式;

(3)Vo4与Vo3的关系式;

(4)Vo1与Vo的关系式;

(5)推导输出电压Vo与输入电压Vi的关系式。

解:本题考查的是共射放大电路的静态工作点求解。根据静态工作点定义有:

2、单管放大电路如图所示,UBE

10V,试求IC和晶体管的b。

3、已知三级放大电路中,则电路将输入信号放大了多少倍?总的电压增益为多少dB?

解:将dB(分贝)转换为倍数。

设三级放大电路中各级放大倍数均为A,则转换为dB(分贝)即为。

则可求得A=10,即各级放大倍数均为10。

故三级放大电路总的电压放大倍数=10×10×10=1000

转换为dB(分贝)即为

4、多级放大器如图所示,已知:。计算(、、)和(、、)。

5、集成运放电路如图所示,图中VZ=9V。

(1)运放A引入什么反馈,其构成何种电路?

(2)求门限电压VT;

(3)画出电压传输特性Vo~Vi曲线。

解:(1)正反馈,构成反相输入双门限比较器。

(3)电压传输特性如下:

6、差分放大器如图所示,已知三极管T1、T2的。试完成下列工作:

(1)估算电路的静态工作点(IC、IB、VCE);

(2)计算双端输入、双端输出的差模电压增益Avd、差模输入电阻Rid、输出电阻Ro;

(3)计算双端输入、双端输出的共模电压增益Avc和共模抑制比KCMR。

7、运算电路如图所示,(1)分别写出uo1、uo2与ui1、ui2之间的运算关系;(2)若R1=10kΩ,R2=40kΩ,R3

0.5V,求输出电压uo1;(3)若实现uo1

ui1,电路中电阻元件的参数关系应如何设置?

8、设运放是理想器件,正弦波振荡电路如图所示。已知。

(1)为满足振荡条件,试在图中用+、—标出运放A的同相端和反相端;

(3)此电路的振荡频率fo=?

解:(1)运放A的输入端应为上“—”下“+”。

(2)为能起振,要求,即

}

  运算放大器(简称“运放”)是模拟电路领域常用的电子元器件之一,属于有源元件,具有多个端钮,可以实现对信号的加减乘除、比例运算、微分和积分等计算,也可以用来处理电信号,如比较和选择信号的幅度。如今运算放大器凭借其优点广泛应用于自动控制系统、各种测量装置中,对电子科技的发展有着重要的意义。下面一起来了解了解其的原理:

  运算放大器有三个端口,其中有两个输入端口,分别为“+”和“-”,一个输出端口。当输入信号从“-”端口输入放大器时,输出端的输出信号与输入信号反相;反之,当输入信号从“+”端口输入放大器时,输出端的输出信号与输入信号同相;当两个输入端口同时输入信号时,运算放大器实现减数运算,输出信号与较大的一方同相。所以说,运算放大器基本上可以说是一个电压放大器。一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的 输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。基本的运算放大器如图1所示:

  通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接,形成一负反馈(negative feedback)状态。原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

  开环回路运算放大器如图2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时,其输出与输入电压的关系式如下:

  图2 开环回路运算放大器

gai)由于运算放大器的开环回路增益非常高,因此就算输入端的差动讯号很小,仍然会让输出讯号「饱和」(saturation),导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中,少数的例外是用运算放大器做比较器(comparator),比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。

  将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在负反馈组态的状况,此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点,又可分为反相(inverting)放大器与非反相(non-inverting)放大器两种。

  图3 反相闭环放大器

  反相闭环放大器如图3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端为虚接地(virtual ground),其输出与输入电压的关系式如下:

  非反相闭环放大器如图4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零,其输出与输入电压的关系式如下:

  图4 非反相闭环放大器

  将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在正回馈的状况,由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态,多应用于需要产生震荡讯号的应用中。

  以上就是运算放大器的工作原理介绍了。在实际应用中,的选择必须要综合考虑到设计目的、目标的信号电平、闭环增益、所需的精度以及环境条件等其他因素,并将需求性能转化为运算放大器的对应参数。虽然运算放大电路难,但是不管多复杂的电路,只要运用合适的方法,抓住运放电路的基本特点,所有的问题都可以解答的。

}

  脑电信号(EEG]是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动,含有丰富的大脑活动信息,是大脑研究、生理研究、临床脑疾病诊断的重要手段。通过对脑电信号进行记录,以提供临床数据和诊断的依据。因此脑电信号的提取具有非常重要的临床意义。
  2 设计时常遇到的技术困难
  (
1)脑电信号十分微弱,一般只有50μV左右,幅值范围为5μV~100 μV。因此它要求放大比一般仪器要高得多;
  (2)脑电信号频率低,其范围一般在0.5 Hz~35Hz,这使得的低频截止的选择非常困难,当受到尖峰脉冲干扰或导联切换的时候,放大器容易出现堵塞现象;
  (3)存在工频50 Hz和极化电压等强大的背景干扰。其中工频50Hz干扰主要以形式存在,幅值较大,所以脑电信号放大器必须具有很高的共模比。而极化电压干扰的存在使得脑电放大器的前级增益不能过大;
  (4)由于人体是一个高内阻信号源,内阻可达几十千欧乃至几百千欧,而且它的内阻抗既易于变化,又可能各支路不平衡,所以,脑电信号放大器的输入阻抗必须在几兆欧以上。
  可见,要设计出高质量的脑电信号放大器,要求前置放大器必须具有输入阻抗高、共模抑制比高(CMBR)、噪声低、非线性度小、抗干扰能力强以及合适的频带和动态范围等性能,这使得放大器的设计存在较大的困难,但这也是整个脑电信号采集系统设计能否成功最重要的关键性的一个环节。
  3 信号放大检测电路设计   脑电信号放大检测电路如图1所示。由该图可知,该部分主要由缓冲级、前置差分放大电路、50 Hz工频陷波电路、电压放大电路、低通滤波器电路、电平调节电路、线性光耦合电路等组成。

  在人体和脑电前置放大器之间设置缓冲级主要是为了实现更高的输入阻抗,电平调节电路是为了满足A/D转换器输入量程的需要。
  3.1 前置差分放大电路
  3.1.1 电路组成及特性
  前置放大是整个脑电图仪的关键环节。本设计在“三运放”的基础上,通过采用新型的电路结构,巧妙地利用了仪器放大器共模抑制比与增益的关系(见表1),并结合阻容耦合电路、共模驱动技术、浮地跟踪电路等,可以在抑制直流干扰的情况下提供较高的共模抑制比,具有对外围无源器件参数不敏感的特点。具体电路设计见图2。

  UlA、UlB构成并联型双运放仪器放大器,在运算放大器为理想的情况下,并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大,共模抑制比也为无穷大,且其共模抑制比与外围电阻的匹配程度无关。该部分电路具有提高输入阻抗和提供电压缓冲的作用。
  阻容耦合电路由C1、C2、R6、R7等构成,主要起隔离极化直流信号的作用,为后级仪器放大器提高增益,进而为提高电路的共模抑制比创造了条件。
  LT1167构成后级放大器,将双端差动输出信号转换为常用的单端输出信号。该级可做到很高的增益(通过改变Rg的大小),从而得到较高的共模抑制比。
  共模信号取样驱动电路由两个等值电阻R4、R5和由UlC构成的电压跟随器等组成。由于U1A和U1B构成的并联型双运放仪器放大器的输出阻抗很低,通过采用共模驱动技术,可避免阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。
  人体地共模反馈电路(右腿驱动电路)。由共模取样驱动电路取出的两电极共模电压经过U2A(电压跟随器)和UlD(反相放大)后回馈到头部,跟原来的共模电压相加,形成共模电压负反馈电路,减小了共模电压的输入值,从而提高了电路抵抗工频干扰的能力。
  由共模取样驱动电路取出的两电极共模电压经过R13接至两输入电极的屏蔽层。它可以减少引线分布电容的分流效应,使其对放大器的输入阻抗影响尽可能地减少,从而使CMRR不降低。
  浮地跟踪电路(又称为浮地跟随器)由U2B、R17构成,R17一端接前端部分正、负电源的公共端,从而使电源浮置起来。如果U2B具有理想特性,则使正、负电源电压的涨落幅度与共模输入电压的大小完全相同。虽然共模输入电压仍旧加在U1A、U1B的同相端,但却因放大器本身电源对共模输入信号的跟踪作用,使其影响大大削弱。即使U1A、UlB的参数不完全对称,但由于有效共模电压减少了,转化为差动而形成的误差电压就很少了,相当于提高了前置级的共模抑制能力。
  在图2中,UlC的输入信号取自U1A(输入为Vin1、输出为V01)和U1B(输入为Vin2、输出为V02)输出端两个串联电阻R4和R5的中点电压Vc,即Vc=l/2x(V01+V02),当只有差模信号(V01=-V02)的输出时,Vc=0,则运放UlC的输出电压等于O,等同于接地;而当有共模电压和差模信号输入时,U1C的总输出中只包含输入信号的共模部分Vc=l/2x(Vin1+Vin2)。从而使得共模信号不经阻容耦合电路的分压而直接加在集成仪用放大器U3的输入端,避免了由于阻容耦合电路的不匹配而降低电路整体的共模抑制比。
  图2所示电路的差动输出可以由式(1)计算:

  该电路的高通截止频率fc可以表示为:

  其中:F1、F2、…为各级放大器的噪声系数,K1、K2…为各级放大器的功率增益。可见多级放大器的噪声系数将主要由第一级噪声决定。前置放大的总等效输入噪声电压与闭环增益成反比,适当加大第一级的差模放大倍数有利于降低噪声。所以在设计中挑选了具有很低噪声的集成运算放大器LMH6626,后级放大器选用LT1167。
  LMH6626是美国国家半导体公司推出的一种双超低噪声宽带运算放大器。其主要性能特点如下:
  电源电压为±6 V时,输入失调电压为土o.1mV,温度漂移为±0.1μV/℃,输入失调电流典型值为0.05μA,温度漂移为0.7 nA/℃;
  LTll67是Linear公司的新型仪表放大器,它结合了FET运放和双极型运放的优点,其高输入阻抗和低偏置电流接近FET器件,而噪声水平跟双极型运放相同。具体的性能指标如下:
  输入偏置电流50pA;静态工作电流<13 mA。
  LTll67比较适用于医疗仪器。其CMRR和闭环差模增益的关系见表1。
  3.2 线性光耦合电路
  隔离放大器具有极好的抗共模干扰能力,能有效地阻断前置放大电路和后级数据采集电路之间的电联系,但并不切断它们之间的信号传递。因此在脑电信号采集系统中采用隔离是必要的、也是可行的。该功能的实现一般由变压器及光耦合元件完成,其中变压器用于耦合交流信号,而光耦合器则用于直流信号的耦合。
  以前光隔离产品一般不用在线性电路中,而只是将LED和光敏二极管构成的光电耦合器应用在数字信号隔离中,主要原因是这个时期的光电耦合器存在一定的非线性和不稳定性,使得该类器件不太适合脑电信号这样极微弱的生理电信号的高精度测量。而变压器隔离则有体积大、接线复杂等不足。
  LOCllO线性光耦合器是美国CLARE公司生产的新型光耦合器,与一般光耦合元件不同的是,LOC110在伺服模式设计下运作,以补偿发光二极管的非线性时间及温度特性,能同时耦合交流及直流信号。LOCllO为取代脑电信号采集应用中大体积变压器及非线性光耦合器提供了另一种更佳的选择。
  LOCll0有光电压和光电导两种工作模式。光电压模式下使用LOCllO光耦合器可达到最佳的线性度,最低的干扰及漂移性能。在这种模式下,电路线性度可以达到12位元,虽然这是以40 kHz的较小带宽为代价的,但并不影响我们在该设计中的应用。本设计中,LOC110工作在光电压模式下,其原理见图3。

  工频干扰是脑电信号的主要干扰,虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用,但部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的,且频率处于脑电信号的频带之内,加上电极和输入回路不稳定等因素,前级电路输出的脑电信号仍存在较强的工频干扰,所以必须专门滤除。具体设计见图4,仿真曲线和实验数据曲线见图5(a)、(b)。图4中的LT1112是Linear公司生产的双路低功耗、高精度、皮安输入运算放大器。

  3.4 电压放大电路
  由于脑电信号频率低,因此该电路采用交流自举技术,使得在低频时也具有很高的输入阻抗,从而具有较强的交流耦合能力。自举要完全发挥作用,必须在图4中R1的下端提供特别靠近其上端的电压。这样,电阻R1上流过的电流就很小,因而阻抗就很大。否则,就发挥不出自举效果。其输入阻抗ZIN=Xcl+Rl+R2+R1·R2/KC2≈R1.R2/XC2。按照图4电路中的参数可以求得:ZIN(1

  3.5 低通滤波器的设计
  低通滤波器担负着抑制广谱噪声和在ADC之前抗混叠的双重任务,两者都要求低通滤波器的通带尽可能平坦,滚降速率越快越好,以便获得较高的信噪比。根据信号特点,选用巴特沃斯型三阶滤波器,截止频率选100 Hz。具体设计见图7,仿真曲线和实验数据曲线见图8(a)、(b)。

  本课题隶属于广西壮族自治区教育厅科研项目:《高性能数字化脑电诊断和监护机的研制》(桂科教研[2004]20号)。由于脑电信号十分微弱并存在较强的干扰,因而使得测量比较困难,通过对电路结构的精心设计和选用新器件,可以克服脑电信号提取中常遇到的一些困难,使前置放大器具有较高的共模抑制比,从而能够较好地放大检测出的脑电信号。在设计的过程中,通过PspICe仿真软件有助于电路的设计和调试。如果再结合数据采集电路并通过USB接口,就能够实现脑电信号在上位机的显示、分析等功能,从而实现对脑电信号的实时监测,使之具有比传统脑电设备更好的性能。
  脑电信号属于一种比较微弱的人体生理电信号,通过适当的改进,该电路也可以用于测量其他人体生理电信号或其他微弱信号。

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