众文网1.低频功率放大器的综述
低频功率放大器 功率放大是一种能量转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换的电路，在输入信号的作用下，晶体管把直流电源的能量，转换成随输入信号变化的输出功率送给负载，对功率放大要求如下： （1）输出功率要大：要增加放大器的输出功率，必须使晶体管运行在极限的工作区域附近，由ICM、UCM和PCM决定见图一。
图一 （2）效率η要高：放大器的效率η定义为：η=交流输出功率/直流输入功率 （3）非线性失真在允许范围内：由于功率放大器在大信号下工作，所以非线性失真是难免的，问题是要把失真控制在允许范围内， 功率放大器按工作状态和电路形式可分成以下几种： （1）甲类功率放大器：在整个信号周期内，存在集电极电流； （2）乙类功率放大器：只有半个信号周期内，存在集电极电流，按电路形式它又可分为： 1）双端推挽电路（DE ） 2）单端推挽电路（SE ） 3）平衡无变压器电路（BTL） 在实际中，为了克服交越失真，推挽式昌体管电路是工作于甲、乙类状态的。 一、甲类功率放大器 图一是甲类功率放大器，负载RL通过阻抗变换器B变成集电极负载RL=nRLo 对直流来说，变压器B初级直流电阻和Re均很小，所以直流负载线接近一条垂直线见图一（b）为使放大器输出较大功率，可使交流负载线处于a点和b点位置： a点的Uce=UCM，而工作点Q处于ab直线中点，通常晶体管的饱和压降和穿透电流都很小，实际上可以认为Icmin=0和Ucemin=0o 因此，供给负载的电流和电压振幅分别为： Icm=IcM/2, Ucem=UCM/2 ------------------------------------------------式1 负载的交流功率（或放大器输出功率）为： PL=(UceM/)*(IcM/)=(IcM/)*(UcM/)=(1/8)IcM*UcM-------式2 工作点Q的集电极电流ICQ和电压UceQ分别为： ICQ=ICM/2, UceQ=Ec=UCM/2---------------------------------------------式3 所以，直流电源的输入功率： PD=IcQ*UceQ=(ICM/2)*(UCM/2)=1/4IcMUcm-------------------------------式4 甲类功率放大器的效率为： η=PL/PD=50%---------------------------------------------------------式5 可见：（1）晶体管的最大集射电压为电源电压EC的两倍。
（2）晶体管静态时耗功率为输出功率的两倍。 （3）甲类放大器的效率最高只有50%。
二、乙类推挽电路 图2(a)为乙类推挽电路，由于输出端使用变压器，因而晶体管对地有两个输出端，设电路完全对称，当输入信号Us为正半波时，BG1截止、BG2导通，输出电压UL为负半波，因此，两管轮流导通，一推一挽地工作，故称为推挽电路。 由于两管轮流地工作，所以把两管的输出特性按相反方向叠在一起，两管的交流负载线正好连成直线ab，工作点Q处于直线ab的中点，如图2(b)所示，从图中可看出各电量的关系： （1）如输出变压器的初级和次级绕组的匝数比为n，则每只晶体管的负载电阻RL为： RL=(n/2)RL=(n/4)RL--------------------------------------------式6 而集电极与集电极之间的电阻RCC为 Rcc=nRL=4RL-----------------------------------------------------式7 (2)变压器B2的初级绕组端电压振幅为： Ucem=UceQ≈Ec----------------------------------------------------式8 初级绕组电流振幅为： Icm=IcM----------------------------------------------------------式9 所以输送到初级绕组的功率为： =（Ucem/）*(Icm/)=(1/2)EcIcm------------------------------式10 (3)通过每只晶体管的电流平均值为： Ico=IcM/π-------------------------------------------------------式11 由直流电源供给的功率为 PD=(2Ico)Ec=2*(Icm/π)*Ec--------------------------------------式12 (4)推挽电路的效率为： η=（ /PD）90%={(1/2*Ec*Icm)/[2*(Icm/π)*Ec]}90%≈78。
5%-----式13 设计推挽电路时要注意： （1）为避免交越失真，晶体管应具有一定的偏置电流，但不要过大，否则使电路效率降低。 （2）晶体管的最大集电极电压Ucm>2Ec。
(3)晶体管的耗散功率Pcm≥1。2Pc1，其中Pc1为每只晶体管送给变压器B2初级的功率，即Pc1=[(1/2) o]。
(4)根据Pc1及Ec1的要求，算出晶体管负载电阻PL及输出变压器的匝数比n。 。
2.生物电信号有何特点
活动细胞或组织（如人体、动物组织）不论在静止状态还是活动状态，都会产生与生命状态密切相关的，有规律的电现象，称为生物电。
生物电信号包括静息电位和动作电位，其本质是离子的跨膜流动。 静息电位（RP）：细胞在安静的状态下，存在于细胞膜内外两端的电位差，称为静息电位或跨膜静息电位。
这种电位差是由于细胞膜两侧的钠离子和钾离子分布不均匀造成的。生理学中常把膜外电位规定为"0"，因此膜内电位为负。
不同细胞的静息电位有所不同，如：神经细胞-86mV，心室肌细胞-90~-80mV，浦肯野纤维-100~-90mV，窦房结细胞-70~-40mV。静息电位又成为极化状态（polarization）。
动作电位（AP）：当细胞受到外界刺激而兴奋时，受刺激部位的膜电位将发生一系列短暂的变化，最初发生膜电位升高，接着又慢慢恢复到静息电位，这种膜电位的变化，生理学上成为动作电位。该过程包含了去极化（depolarization）和复极化（repolarization）两个过程，前者指细胞受到刺激时，细胞膜对离子的通透性发生变化，大量Na迅速进入胞内，使得胞内电位迅速上升；后者指当去极化的电位达到峰值后，会逐渐回到静息状态的过程。
临床上常见的生物电信号主要有：心电、脑电、肌电、胃电、视网膜电等。这些体表生物电信号通常能通过电极拾取，经适当的生物电放大器放大，记录而成为心电图、脑电图、肌电图、胃电图、视网膜电图等。
心电图（ECG或者EKG）是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生的电活动变化图形的技术。对整体心脏来说，心肌细胞从心内膜向心外膜顺序除极过程中的电位变化，由电流记录仪描记的电位曲线称为除极波，即体表心电图上心房的P波和心室的QRS波。
肌电图（EMG）：通过测定运动单位电位的时限、波幅，安静情况下有无自发的电活动，以及肌肉大力收缩的波型及波幅，可区别神经源性损害和肌源性损害，诊断脊髓前角急、慢性损害（如脊髓前灰质炎、运动神经元疾病），神经根及周围神经病变（例如肌电图检查可以协助确定神经损伤的部位、程度、范围和预后）。 眼电图：目前只有使用较间接的方法，在内、外眦角皮肤上各置一氯化银电极，患者头部固定，眼注视一个在30度内作水平移动的红灯。
因为眼球的电轴跟随眼球的转动而改变，所以内、外眦角电极的电位也不断变化，比较明、暗适应下的这种变化并将此电位加以放大及记录，即得眼电图。 生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，它是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，从信号本身特征、检测方式到处理技术，都不同于一般的信号。
1 生物医学信号的特点 生物医学信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。①信号弱，例如从母体腹部取到的胎儿心电信号10~50μV。
脑干听觉诱发响应信号小于1μV。②噪声强，由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰。
如胎儿心电混有很强噪声，它一方面来自肌电、工频等干扰，另一方面，在胎儿心电中不可避免地含有母亲心电，母亲心电相对我们要提取的胎儿心电则变成了噪声。③频率范围一般较低，除心音信号频谱成份稍高外，其他电生理信号频谱一般较低。
④随机性强，生物医学信号不但是随机的，而且是非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，使得生物医学信号处理成为当代信号处理技术最可发挥其威力的一个重要领域。
2 生物医学信号的分类 生物信号如从电的性质来讲，可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号，非电信号又可分为：①机械量，如振动（心音、脉搏、心冲击、Korotkov音等）、压力（血压、气血和消化道内压等）、力（心肌张力等）；②热学量，如体温；③光学量，如光透射性（光电脉波、血氧饱和度等）；④化学量，如血液的pH值、血气、呼吸气体等。如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、X光片、超声图片、CT图片、核磁共振（MRI）图像等则属于二维信号。
3 生物医学信号的检测方法 生物医学信号检测是对生物体中包含生命现象、状态、性质、变量和成份等信息的信号进行检测和量化的技术。生物医学信号处理的研究，是根据生物医学信号的特点，对所采集到的生物医学信号进行分析、解释、分类、显示、存贮和传输，其研究目的一是对生物体系结构与功能的研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。
生物医学信号检测技术是生物医学工程学科研究中的一个先导技术，由于研究者所站的立场、目的以及采用的检测方法不同，使生物医学信号的检测技术的分类呈现多样化，具体介绍如下：①无创检测、微创检测、有创检测；②在体检测、离体检测；③直接检测、间接检测；④非接触检测、体表检测、体内检测；⑤生物电检测、生物非电量检测；⑥形态检测、功能检测；⑦处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测；⑧透射法检测、反射法检测；⑨一维信号检测、。
3.心电图仪原理是什么
体表心电经电极、导联线送至心电图机，心电图机主体从原理上可分为输入回路、导联选择、放大电路、描笔驱动和走纸部分，现代心电图机通常还有程控部分。
输入回路应有较高的输入阻抗，一般都在10M以上，通常采用射极跟随的缓冲放大器。此外还应有过电压、过电流的保护电路，有右腿驱动电路或屏蔽驱动电路以减少50Hz干扰等措施。
导联选择通常是由一个选择开关和一个电阻网络（威尔逊网络）组成，通过选择开关选择不同的电阻组合来选择不同的导联，导联选择可以是手动选择或程控选择。放大器可分为前置放大器、后级放大器、功率放大器等。
前置放大器一般由差分放大器组成，以获得较高的共模抑制比，选择的元件必须是低噪声的，从电安全角度考虑又往往是做成电气隔离（浮地）的，1mv定标电路也连在前置放大器上。后级放大器主要是进行电路放大，以及对信号进行滤波以获得特定的频率响应特性，这包括阻容耦合电路、闭锁电路、增益选择、截止频率和50Hz陷波等。
功率放大和记录器通常连在一起组成负反馈系统，以提高描笔的频率响应并提供足够的功率以推动描笔。描笔可以有墨水笔、热笔等，在一些数字式系统中则采用热元阵列。
4.求体表心电放大器的研究与设计实验论文
本文介绍了心电放大器的基本电路构成，以及采用TI公司的MSP430系列单片机对心电信号进行模数转换处理的方法，还着重探讨了采用带硬件乘法器的MSP430F14X系列单片机对心电信号进行滤波处理的方法，并给出了相应的实验结果。
人体心肌产生的电信号传导到体表之后，由于在体表分布的不同而产生电位差，将这种电压只有mV级别的电位差放大并绘制成图，就得到了心电图（ECG）。心电图在心血管疾病的临床诊断中有非常重要的作用。通常采用的心电图按照导联数分有单导联，三导联，五导联以及十二导联等等；按照精度分常用的有8位和12位精度等等。单导联，精度低的心电图常用于进行心电监控以及心率测量。12位高精度的心电图由于可以反映出心电的细微变化，被更加广泛地应用于临床诊断、心电分析等地方。
由于心电幅度只有mV量级，需要放大上千倍才能被观察到，并且人体的内阻比较大，因此一个高阻抗、高增益的放大器是准确获取心电信号的关键。而周围环境中充满了各种各样的电磁干扰，会严重影响微弱的ECG信号，而其中最为严重的是市电电源的50Hz（部分国家为60Hz）的干扰。如何避免这些干扰也是心电放大器设计所必须考虑的问题。此外，进行高精度的AD转换也是关键的步骤，特别是对于12bit的ECG放大器。在一些便携式应用中，功耗也是需要考虑的因素。
TI公司生产的MSP430F13X、MSP430F14X系列微功耗混和信号单片机，由于具有速度快（8MIPS/16bit），集成度高（Flash,RAM,16bit Timer,8通道12bit ADC以及UART等）、极低功耗等特点，因此非常适合于ECG放大器一类的应用。MSP430F14X系列单片机由于具有硬件乘法器，因此具备一定的DSP功能，可以ECG信号进行滤波等预处理。
下图是三导联ECG放大器的框图：
ECG放大器通常由缓冲级、匹配电阻网络、放大、滤波、电平位移以及模数转换等几级构成。
电极采集到的心电信号首先进入缓冲级。缓冲级可以提高整个放大电路的输入阻抗，降低输出阻抗，这样就可以在后面的匹配电阻网络中得到幅值较高的信号。匹配电阻网络通常采用威尔逊电中心端网络，它通过特定的电阻网络获得威尔逊电中心端作为整个ECG系统的参考点。
放大级通常包括一级用AD620等仪表放大器构成的初级差分放大和TL08
5.求体表心电放大器的研究与设计实验论文
本文介绍了心电放大器的基本电路构成，以及采用TI公司的MSP430系列单片机对心电信号进行模数转换处理的方法，还着重探讨了采用带硬件乘法器的MSP430F14X系列单片机对心电信号进行滤波处理的方法，并给出了相应的实验结果。
人体心肌产生的电信号传导到体表之后，由于在体表分布的不同而产生电位差，将这种电压只有mV级别的电位差放大并绘制成图，就得到了心电图（ECG）。心电图在心血管疾病的临床诊断中有非常重要的作用。
通常采用的心电图按照导联数分有单导联，三导联，五导联以及十二导联等等；按照精度分常用的有8位和12位精度等等。单导联，精度低的心电图常用于进行心电监控以及心率测量。
12位高精度的心电图由于可以反映出心电的细微变化，被更加广泛地应用于临床诊断、心电分析等地方。由于心电幅度只有mV量级，需要放大上千倍才能被观察到，并且人体的内阻比较大，因此一个高阻抗、高增益的放大器是准确获取心电信号的关键。
而周围环境中充满了各种各样的电磁干扰，会严重影响微弱的ECG信号，而其中最为严重的是市电电源的50Hz（部分国家为60Hz）的干扰。如何避免这些干扰也是心电放大器设计所必须考虑的问题。
此外，进行高精度的AD转换也是关键的步骤，特别是对于12bit的ECG放大器。在一些便携式应用中，功耗也是需要考虑的因素。
TI公司生产的MSP430F13X、MSP430F14X系列微功耗混和信号单片机，由于具有速度快（8MIPS/16bit），集成度高（Flash,RAM,16bit Timer,8通道12bit ADC以及UART等）、极低功耗等特点，因此非常适合于ECG放大器一类的应用。MSP430F14X系列单片机由于具有硬件乘法器，因此具备一定的DSP功能，可以ECG信号进行滤波等预处理。
下图是三导联ECG放大器的框图：ECG放大器通常由缓冲级、匹配电阻网络、放大、滤波、电平位移以及模数转换等几级构成。电极采集到的心电信号首先进入缓冲级。
缓冲级可以提高整个放大电路的输入阻抗，降低输出阻抗，这样就可以在后面的匹配电阻网络中得到幅值较高的信号。匹配电阻网络通常采用威尔逊电中心端网络，它通过特定的电阻网络获得威尔逊电中心端作为整个ECG系统的参考点。
放大级通常包括一级用AD620等仪表放大器构成的初级差分放大和TL08。
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