电极电位影响
• 生物前置放大器前级增益不能过大 • 要求去极化电压的RC低通滤波器
用于生物电信号放大器思考步骤
• 第一层：频率响应、噪声水平、输入阻抗 • 第二层：灵敏度、时间常数、高频滤波 • 第三层：电击防护
生物电放大器基本要求
• 不影响所检测部位的生理功能； • 测得的信号不能有畸变； • 必须能将有用信号和干扰分离开来； • 必须对可能的电击伤害提供有效的防护； • 放大器本身应能经受得起除颤器、电刀等
➢工作原理
➢若干个测量点中对任意两点间的电位差作多 种组合测量
➢两点间电位差进行放大 ➢再输入示波器或记录仪才能显示、记录
第二节 生物电前置放大器工作原理
➢工作原理
➢信号放大技术是人体电子测量系统中最基本 最重要的环节
➢生物电放大器一般由多极构成
➢前置放大电路（常用差分电路） ➢中间电路 ➢后置放大电路
产生的大电流的冲击。
生物电放大器技术特点
• 采用差分放大器 • 高增益 • 低噪声 • 高输入阻抗 • 合适的通频带 • 电气隔离和保护
为什么要高输入阻抗
生物电放大器框图
前置放大器
10-50倍
高 通 滤 波 器
隔离放大器
10-1000倍
低 通 滤 波 Vout 器
+ -
第二节 生物电前置放大器工作原理
➢差分放大器仅对差模信号作正常放大，对 共模信号有抑制作用。由于生物电信号在 两个电极上是不同的，是差模信号，工频 干扰信号在两个电极上的幅度和相位基本 上是相同的，是共模信号。差分放大器可 以对差模信号放大而对共模信号抑制。
差模信号与共模信号的区别
一、基本要求：高输入阻抗
➢生物电信号的信号源内阻很高，提高放大 器的输入阻抗可以提高信号拾取的比例。
低频分量的幅度减小，产生低频失真
一、基本要求：高共模抑制比
➢前置级采取共模抑制比（CMRR）高的差分 放大形式，能够减少共模干扰向差模干扰 的转化
➢CMRR一般要求60~80dB,高性能放大器可达 到100dB(10mv共模干扰与0.1uV差模信号相 同输出)（100db=20*lg100000,可放大10万倍）
课堂互动
• 还记得噪声、漂移对放大器工作有什么影 响吗？
• 如何抑制50Hz工频干扰
一、基本要求：合适的通频带 （补充）
➢通常是利用滤波器来完成。
➢高通滤波器可以用来消除电极电位漂移；
➢低通滤波器可以用来消除各种高频噪声， 尤其是工频噪声及其谐波，也能用于限制 信号的频宽以防采样时造成信号混叠。
➢生物电信号非常弱小：通常放大器的增益 达500倍至1000000倍左右，针对不同的信 号应选择不同的增益。
一、基本要求：低噪声 低漂移
➢由于信号弱小，放大器本身的噪声幅度必 须远低于信号幅度，尤其是放大器的前置 级噪声，它会与信号一起经后级放大器放 大，因此，前置放大器的元件必须采用低 噪声的。
第二节 生物电前置放大器工作原理
➢ 生物电放大器前置级通常采用差分电路 结构
特点：
RC
RC
uo
VCC
a. 两个输入端， 两个输出端；

ui1
V1
V2
ui2
b. 元件参数对称；
REE
VEE c. 双电源供电； d. ui1 = ui2 时，uo = 0
能有效地克服零点漂移
采用差分放大器
➢只能测得两个电极之间的生物电的电位差 值
➢放大器的低噪声性能主要取决于前置级 ➢前置级的低噪声设计是整个放大器设计的
主要任务
一、基本要求：低噪声 低漂移
➢基线漂移对于测量极低频率（1Hz以下）信 号（信号分量含此频域）造成很大影响
➢具有对称结构的差分电路+器件参数的严格 挑选，可有效抑制温度带来的0点漂移
➢针对mV级的直流信号，可用调制式直流放 大器将直流信号变为交流信号
➢思路是第一位的 ➢电路的平衡 ➢差模信号的传递 ➢共模信号的传递
a
u－
u+
b
+U
－
＋
-U
o
uo
a： 反向输入端，输入电压 u-
b：同向输入端，输入电压 u+ o： 输出端, 输出电压 uo
: 公共端(接地端)
A：开环电压放大倍数， 可达十几万倍
(其中参考方向如图所示，每一点均为对地 的电压 ，在接地端未画出时尤须注意。)
➢高输入阻抗也能减少因各电极阻抗不一致 造成的共模干扰。因此，提高输入阻抗也 能提高信噪比。
一、基本要求：高输入阻抗
➢图2-1（a） ➢图2-1（b） ➢式（2-1）（2-3） ➢式（2-4） ➢提高放大器的输入阻抗（Zi），可以提高信
号拾取比例（增益不稳定性低）
一、基本要求：高输入阻抗
➢源阻抗是信号频率函数 ➢电极阻抗是信号频率函数 ➢变化规律随频率的增加而减小 ➢如果输入阻抗相对源阻抗不够高，则造成
• 不稳定性 • 非线性 • 概率性
• 病情 • 病种 • 环境
• 直接/间接 • 实时/延时 • 连续/间断
• 工程技术条件
第一节 生物信号的基本特征
➢信号微弱 100mv PK 10 V ➢频率低 DC ~100Hz ➢强噪声背景（信噪比小） ➢电极电位影响 ➢生物电信号源阻抗高
什么是信噪比？
一、基本要求：高共模抑制比
➢影响共模抑制能力的因素
➢电路对称性
➢提高放大器输入阻抗，可以减小由于不对称性造成 共模向差模的转化
➢电路本身的线性工作范围
练习 P25
➢问题1：公式中Ucm是10mv还是10uV ➢问题2：例子中的CMRR值是多少，对比表2-
1为什么不满足EEG的要求
一、基本要求：高增益（补充）
➢不同生物电信号的频率范围不同，放大器 的频率响应范围也是不同的。
一、基本要求：电气隔离和保护
➢现代生物电放大器都采用隔离放大器，使 得连接病人的放大器输入级（应用部分） 与放大器后级完全电器隔离的。
➢电器隔离的主要目的是防止病人受到电击， 同时，该技术对抑制电源干扰的影响也有 一定的作用。
二、差分放大电路的分析方法
uo =A(u+-u-)
+U,-U:实际运放均有直流电源端，在电路符 号图中一般不画出，而只有a,b,o三端和接 地端。
第二章 生物电前置放大器
本章内容
➢生物信号的基本特征 ➢生物电前置放大器工作原理 ➢隔离级设计
第一节 生物信号的基本特征
➢人体内各种神经细胞自发地或在各种刺 激下产生或传递的电信号,如心电、脑电、 肌电
➢人体各种非电活动产生的非电信号，如 体温、血压、呼吸、氧分压等
背景知识：生物信号的基本特征