新技术：几种新型的高性能生物电放大器

　　概述

　　生物电信号十分微弱,在检测生物电信号的同时存在强大的干扰,因此,设计高质量的生物电放大器有许多技术困难。

　　本文介绍了使用ADI公司生产的集成化仪用放大器和运算放大器,设计了几种新的结构形式的高性能生物电前置放大器。

　　

　　

　　

　　几种新型高性能生物电放大器

　　设计应用一

　　该放大电路由四部分构成:仪用放大器A5构成的前级放大器,运放A4构成后级差分放大器,直流补偿放大器A3以及A1、A2构成右腿驱动电路,电路结构如图1所示。这个电路突出的优点是引入了直流补偿电路,使最初的直流耦合放大器成为交流耦合放大器,来去除极化电压的影响。

　　因为极化电压最大可以达到300mV,所以在交流耦合中减少极化电压的影响是必须的。在这个电路中,采用了直流补偿放大器来抵消直流偏移量。以心电采集为例,如果左臂直流偏移量为+300mV,右臂为0V,那么,差动输入电压为300mV。假设前级仪用放大器增益为5,那么,仪用放大器输出幅值会达到1.5V,如果后级放大倍数为50或者更高,输出并不会出现达到75V从而饱和的情况。因为在这个电路中,反馈回路提供了一个相等的反相电压给参考点,由于这种线性加和的影响,极化电压被消除,输出饱和的情况不会出现。

　　然而,绝大多数的集成化仪用放大器的共模抑制比与增益相关:增益越高,共模抑制比越大。而集成化仪用放大器作为生物电前置放大器时,由于极化电压的存在,前置放大器的增益只能在几十倍以内,这就使得集成化仪用放大器作为前置放大器时的共模抑制比不可能达到最高。

　　对于该电路,选择器件时要注意:作为前级放大器的仪用放大器在低增益时要求有较高的共模抑制比,由于其后有直流补偿电路以及该级放大倍数很小,所以,对仪用放大器输入失调电压要求不是太高。对于正负电源供电的系统,可以选用ADI公司的仪用放大器AD620。它具有以下特性:增益可调(1~1000)；供电范围宽(2.3V~18V)；输入失调电压最大为50?V；输入偏置电流最大为1nA；增益较低时具有较大的共模抑制比(G=10时,共模抑制比最小为100dB)等,满足设计要求。对于后级差分放大器运放A4来说,放大倍数主要在这一级实现,所以要求运放有很低的输入失调电压。可以选用ADI公司的OP747(四运放)、OP2177(双运放),均具有微伏量级的失调电压和良好的性能。