运算放大器.docx

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运算放大器

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1.MOSFET管的分类及使用

MOSFET管分为N沟道型MOSFET（相当于双极型晶体管）适用于正电源供电，负载连接在电源正极和漏极之间。

漏极电流由正的栅源电压控制，从正供电母线流入通过负载阻抗到漏极，然后从原极返回到负供电母线。

P沟道型MOSFET管（相当于p型双极型晶体管）使用于负电源供电。

电流从原籍流入，漏极流出

MOSFET管都具N沟道型。

他还进一步分为截然不同的类型。

即增强型和耗尽型。

对于N沟道增强型管，当栅源极电压为零时，漏原极间电流为零。

它需要一个正的栅源极间电压来建立漏原极间电流。

对于耗尽型MOSFET，当栅源极电压为零时，漏原极间电流最大。

它需要一个夫的栅源极间电压来关断漏源极间电流。

耗尽型MOSFET管不用作功率晶体管，他一般只用座小电流信号MOSFET管，并且越用越少。

2.什么是频率响应？

频率响应是指在输入信号幅值固定的情况下，放大器的输出信号幅值与相位角随频率的变化关系，可以用增益与频率的关系来表示。

即

式中，

表示电压增益的模（幅值）与频率之间的关系，

表示放大器输出信号与输入信号的相位差与频率之间的关系，称为相频特性。

阻容耦合放大器（输出经电容加在下一级的基极或负载上）的幅频可分为中频区、低频区和高频区三个区域。

中频区内电路中的耦合电容、射极旁路电容的容抗很小，可认为短路，管子的极间电容的容抗足够大，可认为开路，因此增益几乎与频率无关。

随着信号频率降低，耦合电容、旁路电容的容抗增大，信号传输受阻使电压增益下降。

高频区管子的极间电容的容抗减小，不能认为开路，由于它的分流作用增大也使增益降低。

当增益随频率变化下降到中频区增益的

时，所对应的频率在低频区的定义为下限频率

，在高频区的定义为上限频率

，上下限频率之间的频率范围成为通频带，用BW表示。

BW=

直接耦合的放大器，由于没有耦合电容可以放大直流信号，它的下限频率为零。

使用中常用参数还有对数频率响应和增益—带宽积BGP。

3．集成运放在使用中的保护

集成运放在使用中，如果电源电压过高或极性接反、输入电压过大、输出端负载短路或过载等均可造成器件的损坏。

因此，应外接保护电路。

（1）电源端保护

（2）输入保护

（a）防止差模输入信号过大

（b）防止共模输入信号过大

3．输出保护

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一．示波器常见问题解决方法总结。

1.示波器的用途

示波器用途很广泛，除了直接测量电信号的波形（电压与时间关系），还能测量电压信号的幅度、周期、频率和相位等参数，以及李萨如图。

示波器可以观察非电的物理现象，如温度、压力、圆周运动、速度、振动、冲击、声光热磁，甚至一些生理现象，如大脑皮层活动、心脏跳动等，可通过传感器变为电量，以电波形的形式显示在荧光屏上。

在示波器中，以横轴坐标表示时间、纵轴为电压幅度，对信号进行时域分析测量。

若横坐标作频率纵坐标作电压幅度，则组成频谱分析仪；若横坐标作为三极管的Uce（或Ube）纵坐标作为Ic（或Ib），就能显示三极管的输出（或输入）特性曲线。

因此从广义上讲，示波器是一种能表现任何两个相互关联的电参数的XY坐标图示仪。

2.SS-7802A型示波器屏幕显示符号含义？

。

显示的主要内容

扫描速率

触发源

触发斜率

触发耦合

触发电平

释抑时间

功能模式

Vt的量测

CH1

电压分度

耦合

add

CH2

反相

电压分度

3.什么是触发同步？

为了得到稳定波形，可以采用触发同步，即从Ｙ轴偏转电压引入一部分电压，引入的电压称为“同步电压”，或称“触发电压”。

4.如何调节波形稳定？

左右调节“TRIGLEVEL”（触发电平）旋钮，得到波形稳定。

5.什么是李萨如图？

李萨如图有什么基本作用？

把两个信号分别加到X轴（CH1）和Y轴（CH2）输入端，则屏幕上光点的运动轨迹是两个互相垂直的谐振动的合成。

当两个正弦信号频率之比为整数时，其轨迹是一个稳定的闭合曲线。

这种曲线称为李萨如图。

如果已知一个信号的频率，可求出另一信号的频率。

6.如何使李萨如图稳定？

如果两个信号的频率比不是整数比，则李萨如图不稳定。

当接近整数比时，可以观察到转动的李萨如图。

因此可以调节某个信号的频率，使两个信号的频率比为整数时，李萨如图稳定 

7.DC、AC的选用及区别

按GND将GND置OFF。

按DC/AC选择DC或AC。

DC显示输入信号的DC和AC成分。

ACDC成分去掉只显示输入波形的AC成分。

下限频率为100Hz。

屏幕显示“”符号。

8.触发源？

选择触发源操作方法及步骤：

（1）source选择触发源（CH1，CH2，LINE，EXT，VERT）。

CH1：

用输入到CH1的信号做触发源。

CH2：

用输入到CH2的信号做触发源。

LINE：

用电源做触发源。

使用于观察电源频率的信号。

EXT：

用外触发信号做触发源。

外信号通过前面板的EXTINPUT接入。

注意：

外触发信号的最大值为400V。

避免输入信号超过该值。

VERT：

用小序号通道的信号做触发源。

（2）触发耦合

AC：

阻去触发信号中的DC成分。

最低100HZ。

DC：

信号所有成分都可通过。

9.怎么用频率计，为什么会出现实际频率不为0而测量频率为0的情况？

用频率计测量输入信号的频率操作方法及步骤：

source设置触发（ch1orch2）

触发设置后，测量值连续显示于屏幕的右下角。

选定的触发源是测量的目标。

当触发没有设置为目标测量量时，或当输入信号超过量测的频率范围时，显示0Hz。

10．常见错误诊断。

诊断错误

现象

检查及确认

方法

无轨迹或亮点显示

检查电源线是否与插座相连

将电源线于插座相连

检查电源开关是否打开

打开电源开关

检查INTEN（亮度）是否打开

将INTEN顺时针旋转至足够亮度

检查SWEEPMODE是否置于SINGLE

将SWEEPMODE置为AUTO

屏幕刻度不清楚

检查SCALE（网格）是否打开

顺时针旋转INTEN至足够亮度

无参数显示

检查READOUT（字符显示）是否顺时针方向打开

顺时针方向旋转INTEN至足够亮度

轨迹和参数聚焦不清楚

检查FOCUS是否被调整

调整FOCUS直至清楚

信号输入后无波形显示

检查探头是否正确连接

重新连接探头

检查输入耦合是否接GND

与GND断开

检查是否正确选择了通道

正确设置连接了输入信号的通道

检查电压灵敏度是否太低

增加电压灵敏度

触发无法设置

按AUTOSET

检查是否正确选择了触发源

正确选择触发输入的通道

检查触发耦合模式是否正确选择

重新选择适合输入信号的触发偶合模式

波形不稳定

检查电平是否设置不足

调整电平至触发所设位置

检查电源电压是否太低

使用正常范围内的电源

11.当扫迹不水平时，可用改锥旋转扫迹旋转（TRACETOTATETION）？

如当信号发生器输出的方波正负电压都向0偏时是不是需要调整扫迹旋转？

这时应将探头接地线接口校准地线，然后接CAL（校准信号接口）通过扫迹旋转获得理想波形显示。

二．什么是电平？

在测量信号的增益衰减量时，要比较两个电功率（P1,P2）或电压（V1,V2）的大小。

若直接按比值计算数字会很大，读起来也不方便。

一般要用对数，这也符合人耳的特点，为此需引入电平的概念。

功率电平dBm=10lg（P2/P1）=10（lgP2-lgP1）单位是分贝（dB）。

在同一负载上进行测量时，其功率同电压的平方成正比，所以得

电压电平dBv=20lg（V2/V1）=20（lgV2-lgV1）。

问：

示波器中波形不稳定的电平的意义是这样的吗？

以前常用的高电平、低电平好像都是指电压的。

三.数字电压表电压测量原理是什么，怎样测量的有效值？

普通数字电压表只能测量直流电压，欲测交流电压必须增加交流/直流（AC/DC）转换器。

平均值转换

平均值响应的AC/DC转换器由运算放大器和二极管组成半波线性整流电路。

由精密分压器通过不同的量程选择接入不同的电阻，将被测交流电压衰减成200mV以下。

利用单运放和二极管组成平均值响应的线性整流电路，使输出的电压与输入电压有效值成线性关系。

平均值转换按正弦波计算比例，其他波形需要换算。

真有效值转换

真有效值数字电压表，能够准确、实时的测量各种波形的有效值电压。

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心电信号放大电路相关问题

（一）

1.实际应用中的心电图及测量注意事项都有什么？

人体心电信号的主要频率范围为０．０５～１００Ｈｚ，幅度约为０～４ｍＶ，信号十分微弱。

由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以５０Ｈｚ工频干扰为主的电磁场的干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。

考虑到心电信号幅度约为０～４ｍＶ，而Ａ／Ｄ转换输入信号要求１Ｖ左右，因此，整个信号电路的放大倍数需１０００倍左右。

而前置放大约１０倍左右，因此主级放大倍数设计为１００倍左右。

以下为心电图示意及医用测试注意事项。

2.心电信号放大电路整体应该包括那几部分？

2.1为什么有浮地电源供电和实地电源供电的区别，电路设计需要注意什么？

为了实现人体与电气上的隔离，生理电信号测量时通常采用浮地技术。

信号从浮地部分（接人体的部分）经光电耦合或变压器耦合等隔离技术，传递到接地部分，两部分之间没有电流上的直接联系，通过地线构成的漏电流被完全抑制，这样不但保障了人体的绝对安全，而且消除了地线中的干扰电流。

采用光电耦合技术，实现了心电测量信号的隔离，并且设计了调节电阻用于调节隔离前后信号的电压增益。

2.2电路中的“地”都有什么意义？

“地”是电子技术中一个很重要的概念。

由于“地”的分类与作用有多种，容易混淆,故总结一下“地”的概念。

“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。

“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

　  一：

  信号“地”又称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共端。

（1）直流地：

直流电路“地”，零电位参考点。

（2）交流地：

交流电的零线。

应与地线区别开。

    （3）功率地：

大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。

    （4）模拟地：

放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。

    （5）数字地：

也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。

    （6）“热地”：

开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，即所谓的“热地”，它是带电的  。

    （7）“冷地”：

由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。

    信号接地

    设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

    有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。

（这里主要介绍浮地）

    单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。

在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。

通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。

  多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）。

在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。

通常频率大于10MHz的电路，常采用多点接地。

  浮地，即该电路的地与大地无导体连接。

『虚地:

没有接地，却和地等电位的点。

』    

其优点是该电路不受大地电性能的影响。

浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。

    其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。

    一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。

注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

（。

。

。

浮地就是用隔离电源产生一个与大地隔离的电源，常用的就是变压器。

浮地电压就是与大地悬浮的电压，也就是与大地无关的电压；比如变压器的次极线圈电压，只能测量次极线圈的两个端子，与大地之间没有电压。

。

。

）

  1：

浮地技术的应用

    a交流电源地与直流电源地分开

      一般交流电源的零线是接地的。

但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源

的零线电位并非为大地的零电位。

另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电

源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。

因此，采用

把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。

    b放大器的浮地技术

      对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的

干扰信号都可能导致工作异常。

因此，采用放大器的浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，

提高放大器的电磁兼容能力。

    c浮地技术的注意事项

      1）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统之中的共模

干扰电流。

      2）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合

到浮地系统之中。

      3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的

预期效果。

      4）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。

    2：

混合接地

  混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。

  电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。

当将直流地

和射频地分开时，

  将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低

阻抗连接起来，

  连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。

  二：

设备接大地  

  在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大

地连在一起，

  以大地作为设备的接地参考点。

设备接大地的目的是

  1）保护地，保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置

之间作良好的电气连接。

为了保护人员安全而设置的一种接线方式。

保护“地”线一端接

用电器外壳，另一端与大地作可靠连接。

  2）防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路

工作的不稳定。

  3）屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设

备工作的不稳定。

     2.31mv定标和复零存在的意义？

定标功能是心电放大系统不可缺少的功能之一，lmV定标信号的准确性直接影响到临床诊断的结果；隔直电路是信号通路上电容与电阻组成的无源高通滤波器，本设计电路的时间常数为3s，即频率下限为0．05Hz；由于RC隔直电路的时间常数较长，心电基线要恢复为零，需要较长时间，会影响心电记录，因而必须设置复零电路。

（不知具体如何，待查）

3.可能用到的放大器及其参数。

前置放大是心电数据采集的关键环节。

由于人体心电信号十分微弱，噪声背景强且信号源阻抗较大，加之电极引入的极化电压差值较大（比心电差值幅度大几百倍），因此，通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围等性能，设计时一般都采用差分放大电路。

精密低能耗、仪用放大器——TI公司的INA128；

它是一种低电压通用型仪表放大器，

其特点如下：

∙低失调电压：

50μVmax;

∙低漂移：

0.5μV/℃max;

∙低输入漂流：

5nAmax;

∙高共模抑制比：

120dBmin;

∙宽通带：

200kHz（G=100）；

∙输入过压保护：

±40V；

∙宽电源电压范围：

±2.25～±18V；

∙低静态电流：

700μA；

∙8脚塑料DIP和SO－8封装。

由于特性优良，加之体积小，并可用一个外部电阻方便地从1到10000设定增益，使得INA128能够广泛应用于信号采集放大、医用仪器及多通道系统等很多领域，可以在低至±2.25V的电源电压下工作并且静态工作电流很小，是便携式和其它用电池供电系统的理想器件。

仪用放大器ＡＤ６２０作前置放大器。

ＡＤ６２０输入端采用超β处理技术，具有低输入偏置电流、低噪音、高精度、较高建立时间、低功耗等特性，共模抑制比可达１３０ｄＢ，非常适合作为医疗仪器前置放大器使用。

[VoltageSupply（Vmax）±18V]。

为了抑制零漂，主放级运放采用MAXIM公司的差分式“斩波稳零”运算放大器ICL7650；

凌特公司的ＬＴＣ１０６８－５０集成开关电容滤波器内部集成了四个独立的二阶开关电容滤波器，时钟与中心频率之比为５０：

１，误差为±０．３％可采用±５Ｖ、５Ｖ供电。

因此，配合厂家提供的ＦｉｌｔｅｒＣＡＤ滤波器设计软件，可灵活配置成各类滤波器（低通、高通、带通、全通等）。

带通滤波由双运放集成电路ＯＰ２１７７构成。

ＯＰ２１７７具有高精度、低偏置、低功耗等特性，片内集成了两个运放，可灵活组成各类放大和滤波电路。

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1·经电路稳压之后正负电源的具体含义是什么？

用电池怎样提供正负电源？

单电源,就是只有一组电源,分正负极,外壳接地的话,还有一根接地极。

正负电源其实就是双电源或多电源,相对于电源的零线,分别输出正负两组或多组电源,供给不同电路的需要。

如左图所示，如有12伏干电池或稳压单电源，把两个串联起来中间接地即可提供正负电源。

2·心电检测中的光电隔离怎样实现？

2.1光电耦合器参数有哪些？

光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下,以光为煤介传送信号,对输入和输出电路可以进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰。

其指标主要是从绝缘能力和传输能力上考虑的.

光电耦合器的电参数可分为发光器参数、受光器参数、耦合参数和总体参数等几类。

发光器参数如下：

（1）发光二极管正向压降Vf

（2）发光二极管正向电流If

（3）发光二极管反向电压的极限值Vr

对于光敏二极管、三极管（含达林顿型）受光器而言，其特性参数为：

（1）输出晶体管饱和压降Vce

（2）基极开路时集-发间击穿电压Vceo

（3）电流放大系数hfe

（4）上升和下降时间tr、tf或开关时间ton、toff

对于光敏可控硅型受光器，则有如下参数：

（1）断态输出端电压极限值Vdrm。

（2）电压上升率dv/dt

（3）不重复峰值浪涌电流Itsm

对晶体管输出描述其耦合特性的参数有：

（1）电流传输比CTR，指的是If/Ic的百分比。

值得注意的是CTR并非固定不变，它随If和光敏三极管的基极电阻Rb以及外境温度而变化。

（2）发光器受光器之间绝缘电压

对于光敏可控硅输出，耦合特性参数有：

（1）LED触发电流Ift

（2）可控硅维持电流Ih

2.2隔离电路两端的GND是不同的，但是+15伏和+5伏是共用的一个吗？

这样能达到隔离的目的吗？

既然隔离了，不同地端，当然不能用同一个VCC

。

3·心电检测放大是否需要一个精确的放大倍数，怎样才能精确？

如果放大倍数不精确就不能用于医疗诊断了，因此需要很准确。

电路中的主级放大器应设计成增益可调型，在输入1mV定标信号后调整主级放大倍数之设定的标准倍数，然后再接入心电信号即可。

同向增益可调放大器原理图如下：

vivo

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医电试验中滤波器的计算采用查表法，不知其原理，书中介绍用计算机辅助设计，很好奇，查了一下。

e.g.凌特公司的ＬＴＣ１０６８－５０集成开关电容滤波器内部集成了四个独立的二阶开关电容滤波器，时钟与中心频率之比为５０：

１，误差为±０．３％可采用±５Ｖ、５Ｖ供电。

因此，配合厂家提供的ＦｉｌｔｅｒＣＡＤ滤波器设计软件，可灵活配置成各类滤波器（低通、高通、带通、全通等）。

为较好地滤除工频干扰，利用ＬＴＣ１０６８－５０的优点可设计一个８阶巴特沃斯５０Ｈｚ陷波器，采用的时钟信号频率为２．５ｋＨｚ。

经测试，陷波深度可达５０ｄＢ，可衰减１００倍左右，效果比较理想。

（这是一心电采集系统中50HZ陷波器的设计思路）

FilterCAD旨在帮助没有经验的用户以最少的努力设计出优良的滤波器。

它还可以帮助经验丰富的滤波器设计师随意调整配置参数，并立即观察到结果，从而获得更佳的设计。

利用FilterCAD可以设计出各种响应曲线的低通、高通、带通及陷波滤波器。

（由于时间有限我还没来的及下载使用，希望能尽快学会并尝试设计50HZ滤波器）

还有好多设计者采用Matlab等软件利用函数设计并仿真观测滤波器的效果。

模数转换过采样及其应用,（什么是DSP）？

模数（AD）转换通常是数字信号处理应用中的第一步，依据应用的不同，对模数转换器（ADC）也有不同的要求，衡量模数转换器的最重要的标准是它的转换速率、分辨率和精度。

应用过采样技术，再加上适当的数字滤波和抽取，就可以得到比原有的ADC更高的分辨率。

在数字信号处理器（DSP）中应用过采样技术需要快速ADC以非常快的速度来采样模拟信号，并且需要快速DSP来执行数字低通滤波和抽取。

TI公司出品的DSP芯片TMS320LF2407采用3．3V供电，30MIPS的执行速度使得指令周期缩短至33ns，内置有l0位的AD转换器（什么形式的?

），最小转换时间为500ns，这些为在DSP中应用过采样技术创造了条件。

DSP数字领域里最通常的功能：

滤波

∙模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决于温度等环境因素。

而数字滤波器则基本上不受环境的影响。

∙数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。

∙一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。

使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。

DSP数字信号处理（Digital Signal Processing）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

     数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。

数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。

反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。

而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。

数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。

例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通