習(xí)題三
3-1 生物電信號有何特點？對生物醫(yī)學(xué)放大器有何基本要求？
答：攜帶生物信息的信號稱為生物信號，生物信號是人體內(nèi)各種組織和細(xì)胞自發(fā)地或在各種刺激下產(chǎn)生和傳遞的電脈沖，如心電、腦電、肌電等。生物信號具有以下基本特征：
（1)絕大多數(shù)生物電信號處于低頻段，信號頻率都是聲頻或者低于聲頻；
（2)絕大多數(shù)生物電信號幅值非常微弱，隨著年齡、人體部位的不同或者個體差異，幅度變化也比較大；
（3)信噪比低。由于生物體內(nèi)存在各種無規(guī)律的電活動，它們會在生物電信號中形成噪聲，有些生物電信號被其它更強(qiáng)的電活動所淹沒。
生物醫(yī)學(xué)放大器的主要作用是對生物電信號進(jìn)行放大，以備進(jìn)一步處理，記錄或者顯示，根據(jù)上述生物電信號的特點，生物醫(yī)學(xué)放大器必須滿足以下基本要求：
（1)高放大倍數(shù)；
（2)高輸入阻抗；
（3)高共模抑制比；
（4)低噪聲；
（5)低漂移；
（6)適當(dāng)?shù)念l響。
總之，為了適應(yīng)生物電信號的頻率低且頻帶較寬、阻抗高且幅度較低和信噪比較低的特點，必須選用低噪聲、高輸入阻抗和高放大倍數(shù)且放大倍數(shù)穩(wěn)定的生物醫(yī)學(xué)放大器。
3-2什么叫負(fù)反饋？什么叫正反饋？如何判斷放大器的正、負(fù)反饋？
答：所謂反饋就是將放大器的輸出信號的一部分或者全部通過反饋電路引回到放大器的輸入端，來影響輸入量變化的過程。若引回到輸入端的反饋信號削弱輸入信號而使放大器的放大倍數(shù)降低，則稱這種反饋為負(fù)反饋。若引回到輸入端的反饋信號增強(qiáng)輸入信號，則稱為正反饋。判斷反饋的有無主要是看輸出回路與輸入回路是否有聯(lián)系的公共支路，有則反饋存在。正負(fù)反饋的判斷通常采用瞬時極性法。其具體過程是：先假設(shè)在某一瞬時，在放大器的輸入端加入一個對地為正（或負(fù))的輸入信號（用符號（+)或者（—))，然后按照放大器的基本組態(tài)逐級判斷電路中各個相關(guān)點的電位極性，直至輸出信號的極性。由輸出信號的極性再確定反饋信號的極性，最后比較反饋信號與輸入信號的極性，確定對凈輸入信號的影響。若使凈輸入信號減小，則為負(fù)反饋；若使凈輸入信號增大，則為正反饋。
3-3 如何判斷放大器的電壓負(fù)反饋與電流負(fù)反饋以及串聯(lián)負(fù)反饋與并聯(lián)負(fù)反饋？
答：如果反饋信號取自輸出電壓，則屬于電壓反饋，如果反饋信號取自電流則為電流反饋。在具體判別時，可采用輸出短路法，即將輸出端短路到地，若此時反饋信號也變?yōu)榱�，則為電壓反饋，若反饋信號依然存在則為電流反饋。
串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判斷主要看放大器輸入回路和反饋電路的連接方式。如果反饋電路輸出的反饋信號與輸入信號在同一節(jié)點引入放大器，則屬于并聯(lián)反饋；如果反饋信號與輸入信號不在同一節(jié)點引入放大器，則為串聯(lián)反饋。
3-4為了滿足下列性能要求，在交流放大器中應(yīng)該分別引入何種類型的負(fù)反饋？
（1)要求輸出電壓基本穩(wěn)定，并能提高輸入電阻。
（2)要求輸出電流基本穩(wěn)定，并能減小輸入電阻。
（3)要求輸出電流基本穩(wěn)定，并能提高輸入電阻。
答：引入電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓；，引入電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電流。引入串聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻增大；引入并聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻減小。所以根據(jù)上述要求：
（1)要求輸出電壓基本穩(wěn)定，并能提高輸入電醫(yī)學(xué)檢驗網(wǎng)阻。應(yīng)該引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。
（2)要求輸出電流基本穩(wěn)定，并能減小輸入電阻。應(yīng)該引入電流并聯(lián)負(fù)反饋。
（3)要求輸出電流基本穩(wěn)定，并能提高輸入電阻。應(yīng)該引入電流串聯(lián)負(fù)反饋。
3-5在題圖3-1所示電路中，要求：（1)使電路帶負(fù)載能力增強(qiáng)；（2)信號源向放大電路提供m.zxtf.net.cn/wsj/的電流要小。試問應(yīng)在電路中引入何種類型的負(fù)反饋？請在圖上畫出反饋電路的連接方式。
解：使得電路的帶負(fù)載能力增強(qiáng)就要讓放大器的輸出電阻減小，這樣必須引入電壓負(fù)反饋；使放大器從信號源獲取的電流小，則要求放大器的輸入電阻大，故引入串聯(lián)負(fù)反饋。所以滿足以上兩點，需要在電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。畫出反饋電路如題圖3-1’所示，其中所在支路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋的反饋回路：
3-6 電路如題圖3-2所示，試判斷該電路中是否引入了級間反饋？若存在反饋，試指出反饋支路，并判斷反饋的類型。
解：電路中存在著兩條反饋一條是和
支路，是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。另外一條是
所在支路，引入的是電流串聯(lián)負(fù)反饋。
3-7 “負(fù)反饋能改善波形的失真，所以不管輸入信號是否存在非線性失真，負(fù)反饋能將它改善為正弦波”。這種說法正確嗎？為什么？
答：引入負(fù)反饋電路削弱了三極管非線性特性對信號波形的影響所以能減小非線性失真，是利用失真的波形來改善波形的失真。減小非線性失真只能針對反饋回路內(nèi)部的失真，對輸入信號本身為失真波形，則無法通過引入負(fù)反饋的方法來改善波形的失真。
3-8 試簡述負(fù)反饋對放大器性能有哪些影響？
答：負(fù)反饋對放大器性能的影響主要有以下幾個方面：
（1)降低放大倍數(shù)，反饋深度愈深，放大倍數(shù)下降的愈厲害。
（2)提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。引入負(fù)反饋后，當(dāng)輸入信號一定時，電壓負(fù)反饋能夠使輸出電壓基本不變，電流負(fù)反饋能夠使輸出電流基本不變，亦即維持放大器的放大倍數(shù)基本不變。，在深度負(fù)反饋條件下，放大電路的放大倍數(shù)只取決于反饋系數(shù)，而與基本放大電路的放大倍數(shù)幾乎無關(guān)，而反饋電路一般由性能比較穩(wěn)定的電阻元件組成，基本不受外界因素變化的影響，因此大大提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。
（3)改善波形失真。但是注意引入負(fù)反饋電路減小非線性失真只能針對反饋回路內(nèi)部的失真。對輸入信號本身的失真則無法通過引入負(fù)反饋的方法來改善波形的失真。
（4)展寬通頻帶。引入負(fù)反饋后的通頻帶是無反饋放大電路通頻帶的（1+AF)倍。
（5)對輸入電阻和輸出電阻的影響。串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減��；電壓負(fù)反饋使輸出電阻減��；電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。
除此之外，引入負(fù)反饋還能提高電路的抗干擾能力、降低噪聲等。
3-9 交流負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式是什么？放大電路在滿足什么條件下為深度負(fù)反饋？寫出深度負(fù)反饋時的一般表達(dá)式。
解：交流負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的一般表達(dá)式為：其中A為開環(huán)放大倍數(shù)，F(xiàn)為反饋電路的反饋系數(shù)（1+AF)稱為負(fù)反饋放大器的反饋深度。當(dāng)反饋深度（1+AF)>>1時，稱為深度負(fù)反饋，此時的放大倍數(shù)為
說明在深度負(fù)反饋條件下放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于反饋系數(shù)。
3-10 什么叫零點漂移？差分放大器靠什么抑制和克服零點漂移？共模抑制比是如何定義的？
越大，說明電路的何種功能越強(qiáng)？
答：零點：放大器的輸入信號為零時的輸出電壓。（理想放大器的零點應(yīng)該是恒定不變的)
零點漂移：對于實際放大器，當(dāng)放大電路沒有外加信號時，輸出端有緩慢變化電壓輸出。
（1)產(chǎn)生零點漂移的原因：主要是溫度對三極管的影響。溫度的變化會使三極管的靜態(tài)工作點發(fā)生微小而緩慢的變化，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因此，零點漂移也叫溫漂。
（2)零點漂移的危害：漂移電壓和有效信號電壓無法分辨，嚴(yán)重時，漂移電壓甚至把有效信號電壓淹沒，使放大電路無法正常工作。
（3)解決方法：輸入級一般采用高性能的差動放大電路，來克服溫度帶來的零點漂移問題。差分放大器的最主要的特點是具有對稱的電路結(jié)構(gòu)，如圖所示靜態(tài)時，輸入信號為零，由于兩管對稱，電流相等，集電極電位也相等，即
、
，故輸出電壓
，靜態(tài)時輸出電壓為零。假設(shè)當(dāng)溫度或電源電壓升高時，兩管都產(chǎn)生零點漂移，兩管的集電極電流都增大，集電極電位都將降低，且管變化量相等，即
、
�？梢钥闯鲭m然兩管都發(fā)生了零點漂移，但是由于兩集電極電位的變化量是相互抵消的，故輸出電壓仍然為零，即
。所以由于溫度或者電源電壓變化引起的零點漂移唄有效的抑制了。
3-11 差分放大器中起什么作用？它對共模信號和差模信號各有什么作用？是否
的阻值越大越好，為什么？
答：典型的差分放大器如右圖所示，的主要作用是穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，從而限制每只三極管的零點漂移范圍，進(jìn)一步減小零點漂移。
度于共模信號來說，由于兩管的集電極信號電流和發(fā)射極信號電流極性相同，所以對于共模信號將產(chǎn)生很強(qiáng)的電流串聯(lián)負(fù)反饋，使單管對共模信號的放大倍數(shù)減小，只要電路的對稱性足夠好，差分放大器對共模信號的放大倍數(shù)近似為零。
對于差模信號來說，由于兩管的集電極信號電流和發(fā)射極信號電流極性相反，只要電路的對稱性足夠好，其變化量相等，則流過的信號電流相互地下我
上的差模信號為零，可以認(rèn)為短路，因此
基本對差模信號的放大不產(chǎn)生影響。
顯然，的電阻越大抑制零點漂移的作用也就越顯著，但是在
一定的條件下，過大的
會使靜態(tài)的集電極電流過小，使得放大器的靜態(tài)工作點降低，不利于差模信號的放大，通常為了消除
的影響往往在射極電路中嫁人負(fù)電源
來對
兩端的壓降進(jìn)行補(bǔ)償。
3-12 在圖3-13所示的雙端輸入—雙端輸出的差分放大器中，已知，
，
，
，
，
，
，并在輸出端接負(fù)載電阻
，試求電路的靜態(tài)工作點和差模電壓放大倍數(shù)。
解：（1)靜態(tài)工作分析，由于電路對稱，故分析其中一個三極管的靜態(tài)值即可。其直流通路如右上圖所示，由于很小所以靜態(tài)分析時可以略去。
在靜態(tài)時，設(shè)，
，由基極電路可以列出
所以得到每個三極管的基極電流為
集電極電流
（2)動態(tài)分析：畫出單管的交流通路，因為對于差模信號來說
不起作用所以略去。
對于差模輸入信號，當(dāng)其中一只三極管的集電極電位降低，另外一只三極管的集電極電位將升高，所以，在的重點相當(dāng)于交流接地，所以每只管子各分得一半的負(fù)載電阻。
三極管的輸入阻抗：
單管輸入電壓
單管輸出電壓
單管差模電壓放大倍數(shù)
雙端輸出電壓為
所以雙端輸入—雙端輸出差分放大器的差模電壓放大倍數(shù)為
