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  • 新型的高性能生物电信号放大器
  • 添加时间:2021/4/13 15:25:27  文章作者:手机信号放大器  文章来源:手机信号

手机信号放大器

摘要:本文提出了一种新型的高性能生物电前置。电路采用TI公司的低价仪器和运算构成,电路结构简单,成本低廉,不需调试,但性能优异,可望在医学仪器和各种工业测控系统中得到广泛的应用。

关键词:信号放大器,生物电,输入

阻抗,共模抑制比

一.引言 生物电信号十分微弱,在检测生物电信号的同时存在强大的干扰,如工频50Hz和极化电压等干扰。前者主要是以共模形式存在,幅值可达几V甚至几十V,所以生物电必须具有很高的共模抑制比。后者是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压,最大可达300mV,因此,生物电的前级增益不能过大,或者需要采用超低频的交流。由于信号源内阻可达几十KW、乃至几百KW,所以,生物电的输入阻抗必须在几MW以上。综上所述,设计高质量的生物电有许多技术困难。因此,设计高质量的生物电一直受到国内外专家和学者所重视[1~6]。

近年来,微电子技术得到迅猛的发展,出现了许多高性能的集成化仪器,如美国TI公司、ADI公司和Linear公司等生产了很多不同档次的集成化仪器,为设计生物电提供了充分的选择。然而,由于生物电信号检测的特殊性,直接采用集成化仪器来作为生物电,仍然存在许多问题,效果并不能令人满意。

本文介绍了使用TI公司生产的廉价集成化仪器和运算,设计了一种新的结构形式的高性能生物电,电路结构简单,成本低廉,不需调试,但性能十分优异[7]。

二.新型高性能生物电的设计 一般说来,集成化仪器具有很高的共模抑制比和输入阻抗,因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器作为前置。然而,绝大多数的集成化仪器,特别是集成化仪器,它们的共模抑制比与增益相关:增益越高,共模抑制比越大。而集成化仪器作为生物电前置时,由于极化电压的存在,前置的增益只能在几十倍以内,这就使得集成化仪器作为前置时的共模抑制比不可能很高。有学者试图在前置的输入端加上隔直电容(高通网络)来避免极化电压使高增益的前置进入饱和状态,但由于信号源的内阻高,信号增强器且两输入端不平衡,隔直电容(高通网络)使等共模干扰转变为差模干扰,结果适得其反,严重地损害了的性能。

为了实现高性能的生物电,本文提出了如图1所示的电路结构:

1. 前级采用运放A1和A2组成并联型差动。理论上不难证明,在运算为理想的情况下,并联型差动的输入阻抗为无穷大,共模抑制比也为无穷大。更值得一提的是,在理论上并联型差动的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。

2. 阻容耦合电路(行业内称为时间常数电路)放在由并联型差动构成的前级和由仪器构成的后级之间,这样可为后级仪器提高增益,进而提高电路的共模抑制比提供了条件。同时,由于前置的输出阻抗很低,同时又采用共模驱动技术,避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称(匹配)导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。

3. 后级电路采用廉价的仪器,将双端信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用,后级的仪器可以做到很高的增益,进而得到很高的共模抑制比。

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