生物电子学
第四章 生物医学信号的放大
生物（医学）电子学 2
4.1 生物电放大器的前置级
1,基本要求
? 高输入阻抗
? 生物信号是高内阻的弱信号源
? 电极提取时，呈不稳定高内阻源特性
? 内阻因人而异，且因生理状况而异
? 与电极的位置有关
? 源阻抗不稳定，导致放大器电压增益不稳定
? 源阻抗是频率的
? 典型结构
生物（医学）电子学 3
s
u
1s
C
2s
C
1s
R
2s
R
1
E
2
E
1
C
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C
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R
i
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R
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s
u
i
R
i
R
0
u
CM
u
1s
Z
2s
Z
生物（医学）电子学 4
信号线对地电容
放大器输入电阻
护电阻信号线和放大器输入保
几十几电容电极与皮肤之间的分布
几百几十电极极化电压
几电极与皮肤的接触电阻
几百几十人体电阻
生物信号电压
?
?
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21
21
21
21
21
21
,
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~,,
~,,
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~,,
CC
R
KRR
PFCC
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ss
TT
s
生物（医学）电子学 5
电路计算
.
,
2
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10,100:
1
0
21
0
21
21
2222
1111
1
1
11
的影响可以忽略
的变化可以忽略则
取例
s
is
i
d
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i
s
ss
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LsTL
s
s
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ZZ
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R
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生物（医学）电子学 6
部分生物电放大器的参数
ECG
EEG
UEP
EMG
输入阻抗
>1M
>5M
>200M
>100M
输入短路噪声
<10uV
<3uV
<0.7uV
<8uV
共模抑制比
>60dB
>80dB
>100dB
>80dB
频带
0.05~250Hz
0.5~70Hz
0.5~3KHz
2~10KHz
生物（医学）电子学 7
? 高共模抑制比
? 为了抑制人体携带的工频干扰及其它生活干扰，需高 CMRR
（ 60~80dB）
? 源阻抗 Zs1与 Zs2的不平衡会造成输入转化为差模输入，造成
干扰。
? 解决的办法，提高放大器的输入阻抗。
? 参见前面的图,
VUU
mVUMZKZZ
Z
ZZ
UUU
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则
若
则
或若
压共模电压转化成差模电由于
为共模输入电压
生物（医学）电子学 8
差动放大器电路分析
? 理想情况
+
-
1
R
2
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F
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生物（医学）电子学 9
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?
理想闭环增益为
得到
还需满足此外则无共模输出
使若选择电路参数
生物（医学）电子学 10
? 实际情况
? 电阻值有误差
? 外回路不能达到完全对称平衡
? Uoc很小，但不为 0,CMRR也不为无穷大
? 定义
? CMRRR：外电路电阻匹配精度所限定的放大器共模抑制比
? CMRRD,集成器件本身的共模抑制比
? 分析放大器的共模增益
)1)(1()1)(1(
,
)1(),1(
),1(),1(:
][
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21
1
21
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1
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0
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RRRR
I
R
R
RR
R
R
R
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U
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有上面各式代入
设
考虑电阻的匹配误差
生物（医学）电子学 11
d
c
F
F
F
c
F
A
A
R
R
A
/11
4
:
:
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1
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1
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则
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则
?
生物（医学）电子学 12
? [II] 考虑器件的影响（ CMRRD的影响）
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:
1
:
:
,,
1
0
10
0
进一步下降放大器的时在考虑失配和器件本身上式表明
总的共模抑制比
总的共模增益
原因
成共模干扰电压为转化成差模电压而形这说明共模输入电压因
放大器的开环共模增益
放大器的开环差动增益
C M R R
C M R RC M R R
C M R RC M R R
A
A
C M R R
A
C M R R
A
U
U
A
A
C M R R
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C M R R
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C M R R
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生物（医学）电子学 13
? 例,
? 小结,CMRR受三个因素的影响
? 放大器闭环增益
? 外电路匹配精度
? 放大器件本身的 CMRRD
dBC M R R
dB
A
C M R R
AdBC M R R
d
R
dD
74:
4.74
4
1
:
%1.0,20,100:
?
?
?
?
????
总的
则
已知
?
?
生物（医学）电子学 14
3,差动放大电路
? 称为测量放大器
? 输入阻抗可达到 10M
? A1,A2的作用是提高输入阻抗
? A3实现差动放大
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
1
R
1
R
F
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F
R ?
F
R ?
F
R ?
w
R
01
u
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u
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u
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u
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u
生物（医学）电子学 15
测量放大器的分析
w
F
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F
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F
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1
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1201
1202
01112202
12
第一级电压增益
解得
得
有电流相等由设
生物（医学）电子学 16
测量放大器的评价
? 优点
? 第一级输出回路里不产生共模电流
? 无须考虑外电路电阻匹配
? 可方便增益调节
? 结构对称，有利于克服失调、飘移的影响
? 缺点
? A1,A2各自的 CMRRD的差异会造成第一级 CMRR12的下降
dBC M R R
dBC M R RdBC M R R
C M R RC M R R
C M R RC M R R
A
A
C M R R
c
d
83:
,90,80:
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21
21
21
1
1
12
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则
若例
生物（医学）电子学 17
测量放大器的技术指标
31
3112
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0
3
312
0
1
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:
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C M R RAC M R R
C M R RAC M R R
C M R RC M R RA
C M R RC M R RA
A
A
C M R RC M R R
AC M R RC M R R
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u
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?
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?
???
则
若
两级总
总的共模增益
总的共模输出
两级总增益
生物（医学）电子学 18
例,ECG前置放大器实用电路
? CMRR1=100dB,
? 输入阻抗 80M
? 电阻精度 0.1%
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
01
u
02
u
1i
u
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u
0
u
100K
20K
100K
20K 100K
20K 100K
20K
23K
生物（医学）电子学 19
例（续）计算,
dB
C M R RAZ
Z
A
A
C M R RC M R R
C M R R
A
A
Z
Z
u
u
A
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C M R R
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C M R RdBC M R R
A
C M R R
AAA
A
C M R R
u
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Z
Z
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C M R RC M R RC M R R
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d
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c
80
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1
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,
,
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???
总
整个电路的共模增益
其中
则设
?
生物（医学）电子学 20
生物电放大器前置级的设计步骤
? 器件选择,
? A1,A2的 CMRR之差小于 0.5dB。
? A1的 CMRR大于 100dB。
? 第二级差动放大器的匹配精度。优于 0.1。
? 两级增益分配适当
前置放大级共模抑制比能力的提高
? 屏蔽驱动
? 浮地跟踪
生物（医学）电子学 21
4.2 隔离级设计
目的：实现电气隔离
意义,
? 保证人体绝对安全
? 消除地线中的干扰电流
方式
? 变压器耦合
? 光电耦合
生物（医学）电子学 22
1,光电耦合
? 光电耦合器件
? 光电耦合二极管 光电耦合三极管
? 工作频率
? <100KHz（三极管）； <1MHz（二极管）
? 线性特性
in
I
KR 2?
c
I
GND
c
I
in
I
加负载
不加负载
生物（医学）电子学 23
2,电磁耦合
? 即采用变压器耦合
放大
调制
浮置电源
载波发生
直流电源
解调
放大
0
u
i
u
生物（医学）电子学 24
? 说明
? 调制,因变压器不能放大直流或低频信号，因此对直流需要
调制；
? 浮地放大器的直流电源由载波发生器（几十 KHz~几百 KHz），
隔离放大器通过整流滤波获得
? 优缺点
? 线性度
? CMRR比 光电耦合的好
? 但是频率响应不如光电耦合的好
生物（医学）电子学 25
4.3 生物电放大器
1,心电放大器
? 基本要求
? 输入阻抗 >5M
? CMRR>100dB
? 电压增益 >60dB
? 频率范围,0.08Hz~250Hz
? 输入短路噪声均方根值 <10uV
生物（医学）电子学 26
心电放大器原理框图
A0— 缓冲放大； SD— 屏蔽驱动
A1— 第一级放大； RD— 右腿驱动
A2— 第二级放大； CAL— 校准
A3— 滤波放大； INST— 闭锁
人
体
放 大 器 A 0
WILSON
网络
导
联
选
择
A1
C
R
INST
CAL
A2
光电
耦合
灵
敏
度
选
择
A3
SD
RD
生物（医学）电子学 27
说明
? 输入回路
? 两级限幅
? 无源低通滤波，截止频率
? 限流保护 Imax=3mA，限制流入人体的电流
? 缓冲前置放大器
? 高输入阻抗
? 低噪声
? 各放大器相同的 CMRRD
? WILSON电阻网络，为使放大器两输入端阻抗平衡
? 前置放大
? A1差动输入，增益 20,CMRR足够高，低噪声设计
? A2增益为 3
? 其它功能：校准，电极脱落检查
K H zRCf N 322 1 ?? ?
生物（医学）电子学 28
? 屏蔽驱动和右腿驱动
? 屏蔽驱动：去除导联线屏蔽层分布电容的不等量衰减造成的对放大
器 CMRR的影响
? 右腿接地电阻：右腿电极经过电阻与放大器接地端相连，以降低共
模电压，称为右腿接地电阻。
? 右腿驱动：用于去除人体携带的交流共模干扰。由电阻网络取出的
平均交流共模电压，送入右腿驱动放大器，经限流电阻 Rz加到右腿
电极。可看成以人体为相加点的共模并联电压负反馈电路。可使
50Hz共模干扰电压降低到 1%以下。优于右腿接地电阻方式。
z
R
CM
u
-
+
z
R
1
R
CM
u
2
C
1
C
右腿驱动
等效电路
人体
生物（医学）电子学 29
２, 脑电放大器
? 特点,
? 输入信号更加微弱，噪声背景更复杂，测量难度更大
? 要求,
? EEG放大器的输入端短路时，噪声应小于 10uV,CMRR>80dB
? EP的短路噪声 <0.7uV
? CMRR>90dB
? 较宽带宽，灵活的调节能力
生物（医学）电子学 30
? 说明
? A0— 输入缓冲级
? A1--差动放大器
? C1— 隔离电极的极化电压
? A2,A3,A5— 逐级放大，调节
? 低通、高通滤波器，实现多种频段设定
? T.T为 50Hz陷波
EMG,EP放大器
? EMG带宽（ 2Hz— 10KHz）
? 接触电阻,1M
? 要求
? 放大器输入阻抗 >100M
? 低噪声、低漂移，高 CMRR
生物（医学）电子学 31
? EMG,EP前置放大器和主放大器电路
生物（医学）电子学 32
? 说明
?选择场效应低噪声运放器件构成前置级
?合理分配增益,
? 第一级：增益较大,100
? 第二级：增益为 2
?运放输入端不附加额外电阻，以避免引入噪声
? 尽可能小
?去极化电压电容 C1和光电耦合级位于信号主通道，
尽可能往后安排。
wF RR,
生物（医学）电子学 33
4.4 生理信号放大器
1,压力放大器
? 压力换能器，把压力信号变为应变电阻的变化
? 电阻构成桥路，检测压力的变化
? 放大器的调制方式
? 载波,5KHz正弦波
? 已调波放大 ?解调，恢复与压力对应的电压信号
S 参 数 通 道
D 参 数 通 道
解调 滤波
传感器
调零
调制
放大压力
50Hz
S – 收 缩 压 ; D - - 舒 张 压
生物（医学）电子学 34
2,心音放大器
? 心音和心杂音的特征
生物（医学）电子学 35
? 心音的特点
? 人耳能听到的心音与实际的心音阈相比，只是其中的一部分
? 对于 40Hz和 400Hz的心音，人耳的敏感度相差 100倍。
? 心音、心杂音和人耳听阈的特点
? 心音和心杂音非常微弱，接近人耳的听觉阈值，且各频率成
分的阈值相差悬殊
? 频率范围 0.1Hz~800Hz
? 强度几乎随频率成平方反比关系
? 人耳对高频敏感，对低频不敏感
? 人耳具有选择功能和掩饰效应，即人耳能从很多声音中辨识
出所要集中注意力的声音，但是不能分辨强音之后的若音，
不能听出 0.02s间隔内的两个连续的声音。
生物（医学）电子学 36
心音滤波器（又称为生理滤波器）
? 用于心音的选择放大方式
生物（医学）电子学 37
? 心音滤波器特性
生物（医学）电子学 38
心音放大器
说明
? 一路经前置放大，滤波等直接输出（耳机监听）
? 同时，以 100Hz为界，高频 >100Hz，低频 <100Hz。对于高频部
分，由绝对值电路、低通滤波器取出信号包络，与低频部分混
合。
? 突出了心音的相关信息。
生物（医学）电子学 39
3,呼吸率、脉率放大器
? 呼吸量测量
? 由热敏电阻构成半桥电路
? 把呼吸过程中热敏电阻阻值的变化转换成电压信号
? 送入上述放大器
生物（医学）电子学 40
? 脉率测量
? 把呼吸传感器转换为脉率传感器（光敏电阻组成半桥电路）
? 将脉动血流产生的透光率的变化，经光敏电阻阻值变化转变
为电信号。
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第四章 生物医学信号的放大
生物（医学）电子学 2
4.1 生物电放大器的前置级
1,基本要求
? 高输入阻抗
? 生物信号是高内阻的弱信号源
? 电极提取时，呈不稳定高内阻源特性
? 内阻因人而异，且因生理状况而异
? 与电极的位置有关
? 源阻抗不稳定，导致放大器电压增益不稳定
? 源阻抗是频率的
? 典型结构
生物（医学）电子学 3
s
u
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C
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u
CM
u
1s
Z
2s
Z
生物（医学）电子学 4
信号线对地电容
放大器输入电阻
护电阻信号线和放大器输入保
几十几电容电极与皮肤之间的分布
几百几十电极极化电压
几电极与皮肤的接触电阻
几百几十人体电阻
生物信号电压
?
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???
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21
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CC
R
KRR
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生物（医学）电子学 5
电路计算
.
,
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10,100:
1
0
21
0
21
21
2222
1111
1
1
11
的影响可以忽略
的变化可以忽略则
取例
s
is
i
d
s
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i
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s
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Ts
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RRRR
Cj
R
RZ
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生物（医学）电子学 6
部分生物电放大器的参数
ECG
EEG
UEP
EMG
输入阻抗
>1M
>5M
>200M
>100M
输入短路噪声
<10uV
<3uV
<0.7uV
<8uV
共模抑制比
>60dB
>80dB
>100dB
>80dB
频带
0.05~250Hz
0.5~70Hz
0.5~3KHz
2~10KHz
生物（医学）电子学 7
? 高共模抑制比
? 为了抑制人体携带的工频干扰及其它生活干扰，需高 CMRR
（ 60~80dB）
? 源阻抗 Zs1与 Zs2的不平衡会造成输入转化为差模输入，造成
干扰。
? 解决的办法，提高放大器的输入阻抗。
? 参见前面的图,
VUU
mVUMZKZZ
Z
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则
或若
压共模电压转化成差模电由于
为共模输入电压
生物（医学）电子学 8
差动放大器电路分析
? 理想情况
+
-
1
R
2
R
F
R
0
u
3
R
??
id
u
2
1
??
id
u
2
1
ic
u
1i
u
2i
u
2/])1[(
])1[(:
)1(
0,
2
1
,
2
1
),(
2
1
132
3
1
0
132
3
1
0
1
1
2
32
3
1
0
21
1221
id
FF
d
ic
FF
c
u
F
i
F
idiciidici
iiidiiic
u
R
R
RR
R
R
R
u
u
R
R
RR
R
R
R
u
u
R
R
u
RR
R
R
R
u
IIuu
uuuuuu
uuuuuu
?
?
??
?
?
??
?
?
??
???
????
????
????
其中
有：
?
生物（医学）电子学 9
112
00
321
321
132
3
1
,
:
////
,.
0)1(
,
R
R
uu
u
u
u
A
RRRR
RRRR
R
R
RR
R
R
R
F
iiid
d
F
F
FF
?
?
??
??
?
??
?
?
理想闭环增益为
得到
还需满足此外则无共模输出
使若选择电路参数
生物（医学）电子学 10
? 实际情况
? 电阻值有误差
? 外回路不能达到完全对称平衡
? Uoc很小，但不为 0,CMRR也不为无穷大
? 定义
? CMRRR：外电路电阻匹配精度所限定的放大器共模抑制比
? CMRRD,集成器件本身的共模抑制比
? 分析放大器的共模增益
)1)(1()1)(1(
,
)1(),1(
),1(),1(:
][
)1(
21
1
21
221321
1
1
444333
222111
132
3
1
0
1
????
????????
??
??
?????
???
?
????
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?
?
???
F
FF
c
c
FF
ic
c
c
R
R
A
A
RRRR
RRRR
I
R
R
RR
R
R
R
U
U
A
???
有上面各式代入
设
考虑电阻的匹配误差
生物（医学）电子学 11
d
c
F
F
F
c
F
A
A
R
R
A
/11
4
:
:
1
,1,,,
1
321
1
321
1
321
?
?
????
?
???
?
??
?
?????
????
????
则
设
则
?
生物（医学）电子学 12
? [II] 考虑器件的影响（ CMRRD的影响）
.,,
:
1
:
:
,,
1
0
10
0
进一步下降放大器的时在考虑失配和器件本身上式表明
总的共模抑制比
总的共模增益
原因
成共模干扰电压为转化成差模电压而形这说明共模输入电压因
放大器的开环共模增益
放大器的开环差动增益
C M R R
C M R RC M R R
C M R RC M R R
A
A
C M R R
A
C M R R
A
U
U
A
A
C M R R
U
UAU
C R M M
C M R R
U
U
U
U
A
A
A
C M R R
A
A
RD
RD
c
d
d
D
c
ic
c
c
d
D
ic
iccc
D
D
ic
ic
ic
c
c
c
D
D
c
D
?
??
???
??
??
??
?
??
?
?
?
??
??
生物（医学）电子学 13
? 例,
? 小结,CMRR受三个因素的影响
? 放大器闭环增益
? 外电路匹配精度
? 放大器件本身的 CMRRD
dBC M R R
dB
A
C M R R
AdBC M R R
d
R
dD
74:
4.74
4
1
:
%1.0,20,100:
?
?
?
?
????
总的
则
已知
?
?
生物（医学）电子学 14
3,差动放大电路
? 称为测量放大器
? 输入阻抗可达到 10M
? A1,A2的作用是提高输入阻抗
? A3实现差动放大
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
1
R
1
R
F
R ?
F
R ?
F
R ?
F
R ?
w
R
01
u
02
u
1i
u
2i
u
0
u
生物（医学）电子学 15
测量放大器的分析
w
F
d
ii
w
F
i
w
F
i
w
F
i
w
F
i
w
F
F
i
w
ii
F
i
wFiiid
R
R
A
uu
R
R
uuu
u
R
R
u
R
R
u
u
R
R
u
R
R
u
R
uu
R
uu
R
uu
RRuuu
?
??
?
?
?????
?
??
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
???
21:
))(21(:
)1(-
)1(:
,,,
1
1201020
1201
1202
01112202
12
第一级电压增益
解得
得
有电流相等由设
生物（医学）电子学 16
测量放大器的评价
? 优点
? 第一级输出回路里不产生共模电流
? 无须考虑外电路电阻匹配
? 可方便增益调节
? 结构对称，有利于克服失调、飘移的影响
? 缺点
? A1,A2各自的 CMRRD的差异会造成第一级 CMRR12的下降
dBC M R R
dBC M R RdBC M R R
C M R RC M R R
C M R RC M R R
A
A
C M R R
c
d
83:
,90,80:
12
21
21
21
1
1
12
?
??
?
?
??
则
若例
生物（医学）电子学 17
测量放大器的技术指标
31
3112
1231
3121
1312
0
3
312
0
1
21
:
,:
:
)
111
(:
:
)
2
1(:
C M R RAC M R R
C M R RAC M R R
C M R RC M R RA
C M R RC M R RA
A
A
C M R RC M R R
AC M R RC M R R
A
u
u
A
A
C M R R
u
A
C M R R
u
u
R
R
R
R
AAA
d
d
d
d
c
d
d
d
ic
c
c
d
ic
d
ic
c
F
w
F
ddd
?
??
?
?
??
???
??
?
???
则
若
两级总
总的共模增益
总的共模输出
两级总增益
生物（医学）电子学 18
例,ECG前置放大器实用电路
? CMRR1=100dB,
? 输入阻抗 80M
? 电阻精度 0.1%
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
01
u
02
u
1i
u
2i
u
0
u
100K
20K
100K
20K 100K
20K 100K
20K
23K
生物（医学）电子学 19
例（续）计算,
dB
C M R RAZ
Z
A
A
C M R RC M R R
C M R R
A
A
Z
Z
u
u
A
u
C M R R
A
A
Z
Z
uuu
C M R RdBC M R R
A
C M R R
AAA
A
C M R R
u
uAu
Z
Z
u
C M R RC M R RC M R R
di
s
c
d
d
d
i
s
ic
c
c
ic
d
d
i
s
ccc
D
d
R
ddd
d
ic
cdic
i
s
c
80
1
1
:
:
)(
1 4 7 8,1 0 0 0 0100
1 5 0 0
4
1
55:
,
,
31
3
20
3
2
000
3
2
21
2
3
00
1221
?
?
?
??
?
?
??
?
?
???????
???
?
?
?
??
???
?
??
???
总
整个电路的共模增益
其中
则设
?
生物（医学）电子学 20
生物电放大器前置级的设计步骤
? 器件选择,
? A1,A2的 CMRR之差小于 0.5dB。
? A1的 CMRR大于 100dB。
? 第二级差动放大器的匹配精度。优于 0.1。
? 两级增益分配适当
前置放大级共模抑制比能力的提高
? 屏蔽驱动
? 浮地跟踪
生物（医学）电子学 21
4.2 隔离级设计
目的：实现电气隔离
意义,
? 保证人体绝对安全
? 消除地线中的干扰电流
方式
? 变压器耦合
? 光电耦合
生物（医学）电子学 22
1,光电耦合
? 光电耦合器件
? 光电耦合二极管 光电耦合三极管
? 工作频率
? <100KHz（三极管）； <1MHz（二极管）
? 线性特性
in
I
KR 2?
c
I
GND
c
I
in
I
加负载
不加负载
生物（医学）电子学 23
2,电磁耦合
? 即采用变压器耦合
放大
调制
浮置电源
载波发生
直流电源
解调
放大
0
u
i
u
生物（医学）电子学 24
? 说明
? 调制,因变压器不能放大直流或低频信号，因此对直流需要
调制；
? 浮地放大器的直流电源由载波发生器（几十 KHz~几百 KHz），
隔离放大器通过整流滤波获得
? 优缺点
? 线性度
? CMRR比 光电耦合的好
? 但是频率响应不如光电耦合的好
生物（医学）电子学 25
4.3 生物电放大器
1,心电放大器
? 基本要求
? 输入阻抗 >5M
? CMRR>100dB
? 电压增益 >60dB
? 频率范围,0.08Hz~250Hz
? 输入短路噪声均方根值 <10uV
生物（医学）电子学 26
心电放大器原理框图
A0— 缓冲放大； SD— 屏蔽驱动
A1— 第一级放大； RD— 右腿驱动
A2— 第二级放大； CAL— 校准
A3— 滤波放大； INST— 闭锁
人
体
放 大 器 A 0
WILSON
网络
导
联
选
择
A1
C
R
INST
CAL
A2
光电
耦合
灵
敏
度
选
择
A3
SD
RD
生物（医学）电子学 27
说明
? 输入回路
? 两级限幅
? 无源低通滤波，截止频率
? 限流保护 Imax=3mA，限制流入人体的电流
? 缓冲前置放大器
? 高输入阻抗
? 低噪声
? 各放大器相同的 CMRRD
? WILSON电阻网络，为使放大器两输入端阻抗平衡
? 前置放大
? A1差动输入，增益 20,CMRR足够高，低噪声设计
? A2增益为 3
? 其它功能：校准，电极脱落检查
K H zRCf N 322 1 ?? ?
生物（医学）电子学 28
? 屏蔽驱动和右腿驱动
? 屏蔽驱动：去除导联线屏蔽层分布电容的不等量衰减造成的对放大
器 CMRR的影响
? 右腿接地电阻：右腿电极经过电阻与放大器接地端相连，以降低共
模电压，称为右腿接地电阻。
? 右腿驱动：用于去除人体携带的交流共模干扰。由电阻网络取出的
平均交流共模电压，送入右腿驱动放大器，经限流电阻 Rz加到右腿
电极。可看成以人体为相加点的共模并联电压负反馈电路。可使
50Hz共模干扰电压降低到 1%以下。优于右腿接地电阻方式。
z
R
CM
u
-
+
z
R
1
R
CM
u
2
C
1
C
右腿驱动
等效电路
人体
生物（医学）电子学 29
２, 脑电放大器
? 特点,
? 输入信号更加微弱，噪声背景更复杂，测量难度更大
? 要求,
? EEG放大器的输入端短路时，噪声应小于 10uV,CMRR>80dB
? EP的短路噪声 <0.7uV
? CMRR>90dB
? 较宽带宽，灵活的调节能力
生物（医学）电子学 30
? 说明
? A0— 输入缓冲级
? A1--差动放大器
? C1— 隔离电极的极化电压
? A2,A3,A5— 逐级放大，调节
? 低通、高通滤波器，实现多种频段设定
? T.T为 50Hz陷波
EMG,EP放大器
? EMG带宽（ 2Hz— 10KHz）
? 接触电阻,1M
? 要求
? 放大器输入阻抗 >100M
? 低噪声、低漂移，高 CMRR
生物（医学）电子学 31
? EMG,EP前置放大器和主放大器电路
生物（医学）电子学 32
? 说明
?选择场效应低噪声运放器件构成前置级
?合理分配增益,
? 第一级：增益较大,100
? 第二级：增益为 2
?运放输入端不附加额外电阻，以避免引入噪声
? 尽可能小
?去极化电压电容 C1和光电耦合级位于信号主通道，
尽可能往后安排。
wF RR,
生物（医学）电子学 33
4.4 生理信号放大器
1,压力放大器
? 压力换能器，把压力信号变为应变电阻的变化
? 电阻构成桥路，检测压力的变化
? 放大器的调制方式
? 载波,5KHz正弦波
? 已调波放大 ?解调，恢复与压力对应的电压信号
S 参 数 通 道
D 参 数 通 道
解调 滤波
传感器
调零
调制
放大压力
50Hz
S – 收 缩 压 ; D - - 舒 张 压
生物（医学）电子学 34
2,心音放大器
? 心音和心杂音的特征
生物（医学）电子学 35
? 心音的特点
? 人耳能听到的心音与实际的心音阈相比，只是其中的一部分
? 对于 40Hz和 400Hz的心音，人耳的敏感度相差 100倍。
? 心音、心杂音和人耳听阈的特点
? 心音和心杂音非常微弱，接近人耳的听觉阈值，且各频率成
分的阈值相差悬殊
? 频率范围 0.1Hz~800Hz
? 强度几乎随频率成平方反比关系
? 人耳对高频敏感，对低频不敏感
? 人耳具有选择功能和掩饰效应，即人耳能从很多声音中辨识
出所要集中注意力的声音，但是不能分辨强音之后的若音，
不能听出 0.02s间隔内的两个连续的声音。
生物（医学）电子学 36
心音滤波器（又称为生理滤波器）
? 用于心音的选择放大方式
生物（医学）电子学 37
? 心音滤波器特性
生物（医学）电子学 38
心音放大器
说明
? 一路经前置放大，滤波等直接输出（耳机监听）
? 同时，以 100Hz为界，高频 >100Hz，低频 <100Hz。对于高频部
分，由绝对值电路、低通滤波器取出信号包络，与低频部分混
合。
? 突出了心音的相关信息。
生物（医学）电子学 39
3,呼吸率、脉率放大器
? 呼吸量测量
? 由热敏电阻构成半桥电路
? 把呼吸过程中热敏电阻阻值的变化转换成电压信号
? 送入上述放大器
生物（医学）电子学 40
? 脉率测量
? 把呼吸传感器转换为脉率传感器（光敏电阻组成半桥电路）
? 将脉动血流产生的透光率的变化，经光敏电阻阻值变化转变
为电信号。
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