摘要：本文提出了一種新型的高性能生物電前置。電路采用TI公司的低價(jià)儀器和運(yùn)算構(gòu)成，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，不需調(diào)試，但性能優(yōu)異，可望在醫(yī)學(xué)儀器和各種工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：信號(hào)放大器，生物電，輸入

阻抗，共模抑制比

一．引言 生物電信號(hào)十分微弱，在檢測(cè)生物電信號(hào)的同時(shí)存在強(qiáng)大的干擾，如工頻50Hz和極化電壓等干擾。前者主要是以共模形式存在，幅值可達(dá)幾V甚至幾十V，所以生物電必須具有很高的共模抑制比。后者是由于測(cè)量電極與生物體之間構(gòu)成化學(xué)半電池而產(chǎn)生的直流電壓，最大可達(dá)300mV，因此，生物電的前級(jí)增益不能過(guò)大，或者需要采用超低頻的交流。由于信號(hào)源內(nèi)阻可達(dá)幾十KW、乃至幾百KW，所以，生物電的輸入阻抗必須在幾MW以上。綜上所述，設(shè)計(jì)高質(zhì)量的生物電有許多技術(shù)困難。因此，設(shè)計(jì)高質(zhì)量的生物電一直受到國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者所重視[1~6]。

近年來(lái)，微電子技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，出現(xiàn)了許多高性能的集成化儀器，如美國(guó)TI公司、ADI公司和Linear公司等生產(chǎn)了很多不同檔次的集成化儀器，為設(shè)計(jì)生物電提供了充分的選擇。然而，由于生物電信號(hào)檢測(cè)的特殊性，直接采用集成化儀器來(lái)作為生物電，仍然存在許多問(wèn)題，效果并不能令人滿意。

本文介紹了使用TI公司生產(chǎn)的廉價(jià)集成化儀器和運(yùn)算，設(shè)計(jì)了一種新的結(jié)構(gòu)形式的高性能生物電，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，不需調(diào)試，但性能十分優(yōu)異[7]。

二．新型高性能生物電的設(shè)計(jì) 一般說(shuō)來(lái)，集成化儀器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中都是把集成化儀器作為前置。然而，絕大多數(shù)的集成化儀器，特別是集成化儀器，它們的共模抑制比與增益相關(guān)：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器作為生物電前置時(shí)，由于極化電壓的存在，前置的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這就使得集成化儀器作為前置時(shí)的共模抑制比不可能很高。有學(xué)者試圖在前置的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來(lái)避免極化電壓使高增益的前置進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，信號(hào)增強(qiáng)器且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了的性能。

為了實(shí)現(xiàn)高性能的生物電，本文提出了如圖1所示的電路結(jié)構(gòu)：

1. 前級(jí)采用運(yùn)放A1和A2組成并聯(lián)型差動(dòng)。理論上不難證明，在運(yùn)算為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)的輸入阻抗為無(wú)窮大，共模抑制比也為無(wú)窮大。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動(dòng)的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無(wú)關(guān)。

2. 阻容耦合電路（行業(yè)內(nèi)稱為時(shí)間常數(shù)電路）放在由并聯(lián)型差動(dòng)構(gòu)成的前級(jí)和由儀器構(gòu)成的后級(jí)之間，這樣可為后級(jí)儀器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。同時(shí)，由于前置的輸出阻抗很低，同時(shí)又采用共模驅(qū)動(dòng)技術(shù)，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對(duì)稱（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。

3. 后級(jí)電路采用廉價(jià)的儀器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級(jí)的儀器可以做到很高的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。

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