生物电势放大器-如何工作，类型，应用和优势

生物电位放大器也被称为生物放大器，是专门为处理生物电信号而设计的，因为它们的振幅很低。这篇文章将讨论什么是生物势放大器(也称为生物放大器)，它的类型，如何工作，应用，优点和缺点。

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电子过滤器-分类，特性，类型，应用和优点

什么是生物电位放大器

放大器是测量生物电位的电子设备和现代仪器仪表的组成部分。顾名思义，放大器用于增加信号强度，同时保持高保真度。测量包括低电平电压和高源阻抗。

图1 -生物电势放大器简介

生物电信号的振幅一般较低。专门为处理这种类型的生物电位而设计的放大器被称为生物电位放大器。这种放大器的输出用于分析，它们显示为ECG, EMG或其他生物电波形。这些放大器通常处理电压，但在某些情况下它们处理电流。

放大器提供高阻抗，高CMRR，从而最大限度地减少负载影响。这是生物势放大器的重要功能。对于生物医学应用，生物放大器必须满足以下要求才能持续工作。

为了测量生物电位，电极被放置在人体皮肤上，如图2所示。来自电极的信号传递到放大级。放大器有助于最大限度地减少，消除大多数干扰测量生物电位和最终读数的信号。

图2 -生物电位测量示意图

生物电势放大器的基本要求

生物势放大器的基本要求包括:

• 高输入阻抗。通常，它们的范围在2 MΩ到10 MΩ之间。阻抗值越大，信号失真越小。
• 每个生物放大器必须包含隔离和保护电路，以确保安全，特别是防止患者遭受宏观和微观电击。
• 输出阻抗应该低，以最小的失真驱动外部负载。
• 大多数生物势放大器是差动的。
• 信号是用对称分配的双极电极记录的。
• CMRR(共模抑制比)必须很高，因为它们使用大偏置信号，并减少来自共模信号的干扰。
• 每次测量都必须校准增益。
• 理想的生物放大器必须无噪声和失真。
• 在整个带宽范围内必须保持恒定的增益。

生物势放大器的类型

有不同类型的特殊电路用作生物势放大器或生物放大器。它们是:

• 差分放大器
• 运算放大器
• 仪表放大器
• 斩波放大器
• 隔离放大器

差分放大器

这些被用来放大施加到其输入的电压之间的差异。电路有两种类型。

• 使用运算放大器构建的放大器。
• 使用FET(场效应晶体管)或BJT(双极结晶体管)构建的放大器。

图3 -差动放大电路

运算放大器

这些是多级放大器，即使由许多晶体管，电阻和场效应晶体管组成，但它们是相互连接的，占用的空间也很小。它们以集成电路(IC)的形式提供。

图4 -运算放大器符号

仪表放大器

该电路由3个放大器组成。放大器的输入是换能器的输出。一个非反相放大器连接到差分放大器的每个输入端。非反相放大器在图的左边。非反相放大器一起构成了仪表放大器的输入。

图5 -仪表放大电路

第三个运放称为差分放大器，是仪表放大器的输出。两个输入信号之间的差就形成了输出V_出．V₁和V₂分别为运算放大器1和运算放大器2的输入。这些放大器的典型应用包括生物医学应用，如生物电位放大器。使用这些放大器可以获得高增益和高阻抗，这在医疗仪器中是确定个人健康状况的关键。

斩波放大器

噪声和漂移是记录生物电位时遇到的两个主要问题。噪音是由病人的运动或由于录音设备引起的。当输入为零时，直流放大器在输出中突然达到峰值。斩波放大器采样直流放大器中的漂移问题。

图6 -斩波放大电路

隔离放大器

这些也被称为前置放大器隔离电路。它为病人的安全提供电隔离188bet登入官网。它可以防止意外电击，并增加患者监测系统的输入阻抗。

图7 -隔离放大器符号

生物电位放大器是如何工作的

图8所示为代表生物势放大器的各个级。电极(双极)被放置在患者皮肤上，提供生物组织中的离子流电流和放大器中的电子流电流之间的过渡。生物电位的测量是至关重要的，由于电极和组织的相对运动，它会产生电极偏移电位和电极/组织阻抗。因此，产生两个干扰信号，它们在放大的后期被成功地消除。

来自电极的信号传递到前置放大器阶段，这有助于最小化，消除大多数干扰生物电位测量的信号。高通滤波器和低通滤波器消除了电极半单元电位和前置放大器偏置电位等干扰信号。它还降低了噪声振幅。生物信号不应失真或衰减，因此使用滤波器。

图8 -生物电势放大器的级框图

在隔离放大器阶段，病人与测量设备的电去耦被服务。它可以防止电电流的信噪比恶化，并为患者提供安全的电气危险。188bet登入官网变压器，光或电容耦合器用于模拟隔离放大器，通过隔离屏障传输信号。另一方面，数字隔离放大器使用电压和频率转换器在信号传输之前对其进行数字化处理。

生物电位在最后阶段的记录是通过产生强电场和磁场的电气系统完成的。188bet登入官网因此，系统是电容耦合的，电流流到地电极。

生物电位放大器的应用

生物放大器的应用包括:

• 主要应用于心电图、肌电图、CT扫描设备、病人医院监护仪等医疗仪器系统。
• 它们也用于肌电积分器，心率计，矢量心电图仪。
• 它们被用于生物遥测、动态心电图记录仪和其他设备，以确定患者的具体健康状况。

生物电势放大器的优点

生物放大器的优点是:

• 监测了解心脏健康
• 显示心电图波形。
• 仪表放大器提供准确的测试和测量。它们不需要匹配输入阻抗。这就是为什么使用这些放大器来测试和测量各种各样的设备。
• 生物势放大器非常容易使用和稳定。这些是理想的长期使用。
• 它们不一定过多地依赖于后期影响产出的各种因素。仪表放大器只需要输入。
• 生物势放大器是高度可扩展的。
• 即使是很小的输入，在输入水平上也能被放大到更大的程度。

生物电势放大器的缺点

生物放大器的缺点是:

• 有时，输出中可能会有轻微的失真或噪音。
• 该系统通常依靠特殊的电缆来消除噪声。
• 当噪声远距离传播时，唯一需要考虑的问题是原始信号的叠加。

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