医用电子学重点

2011级2班生物医学电子学复习思考题1.用框图表示生物医学测量系统的基本构成？传感器：非电量到电量的变换；信号调理电路：阻抗变换，放大，滤除噪声，抗混频,动态范围匹配;A/D转换：完成模拟数字的转换；微处理器：信号处理，系统控制；D/A转换：完成数字模拟的转换。2.生物医学测量的基本特点是什么？与其它测量系统相比，生物医学测量有以下特点：1.从测量值范围上，测量的生理参数的幅值和频率范围都是比较低的。2.从测量对象上，由于测量对象是人，有生命的。被测量是动态的。3.许多被测生理量的很难接近。4.被测量是很少是确定的，测量结果是随机的。生理数据的时间变异性和个体差异性。5.生理系统间存在相互的相用，系统间相互联系缺乏了解。6.传感器对被测生理量的影响3.简述生物电和人工电的区别？生物电：载流子是电解质中的离子，电流存在于细胞膜内外（部分绝缘）人工电：载流子是导体中的电子，电流存在于导体中（绝缘）4.影响导联电压的因素是什么？导联电压：两体表电极之间测量的电压。理解这个公式源：心向量H几何：导联位置与心向量之间的相对位置组织电特性：电导率分布5.12导联是怎么构成的？构成：（1）三个标准导联I,II,III。I导联是RA(-)(RightArm（右手负极）至LA(+)(LeftArm)（左手正极），II导联是RA(-)至LF(+)(LeftFoot)（左脚正极），III导联是LA(-)至LF(+)。（2)V1-V6，6个胸导联。（3）.aVR、aVL、aVF，3个增强导联。aVR导联是RA(+)至[LA&LF](-)，aVL导联是LA(+)至[RA&LF](-)，aVF导联是LF(+)至[RA&LA](-)。6.噪声和干扰的区别是什么？①噪声是被测对象和仪器内部固有的，而干扰则是测对象和仪器以外的原因造成的。②噪声是在电路中除了期望的信号之外的任何其它信号。干扰是噪声的不期望的效果。如果一个噪声电压造成电路的不合适工作，这是干扰。噪声不可能被消除，但是在幅度上可以减少，直到它不产生干扰（所以，干扰是可以消除的）7.什么是白噪声？（P8）由于热噪声的功率频谱密度为P=4kTR，所以电阻及晶体管的热噪声功率频谱密度是一个与频率无关的常数，也就是说，在一个极宽的频带上，热噪声具有均匀的功率谱，这种噪声通常称为“白噪声”8.根据噪声产生的机理,半导体中噪声源主要有那几种形式？分配噪声，散粒噪声，1/f噪声p)1(41red9.什么是热噪声？热噪声属于白噪音(whitenoise)，由元器件中电子或电荷受热激发所产生的噪音信号。由于荷电粒子受激的随机性和周期性，因而会导致电荷的不均一，进而使读出的信号发生波动。只有在绝对零度时，该噪音才会消失。10.影响电阻中热噪声的因素有那些？用什么途径可以降低电路中的热噪声？电阻的工作温度，电阻阻值，通过电阻的信号带宽。途径：降低电路的工作温度，减小电阻阻值，限制电路是带宽11.什么是散粒噪声？影响散粒噪声的因素有那些？（P9）在晶体管中，电流是由无数载流子（空穴或电子）的迁移形成的，但是各个载流子的迁移速度不会相同，致使在单位时间内通过PN结空间电荷区的载流子数目有起伏，因而引起通过PN结的电流在某一电平上有一微小的起伏，这种起伏就是所谓的散粒噪声。影响因素：流过PN结的直流电流12.什么是噪声系数？一个系统的噪声系数意义是什么？（P9）线性网络输入端的信号噪声功率比（Si/Ni）与输出端信号噪声功率比（So/No）之比值被定义为噪声系数NFNF=（Si/Ni）/（So/No）意义：用来衡量网络内部噪声的大小13.什么是电极?举出电极生物医学中的三个应用电极一般是指与电解质溶液发生氧化还原反应的位置举例——心电电极、脑电电极等应用：检测脑电图，心电图，肌电图14.什么是半电池电位？半电池电位在生物电测量时是一个被测量吗？一般生物电测量时怎么处理它的？（P272）基于电极与其周围环境电解质间形成的特定电势差，大小取决于电极金属特性、溶液中离子浓度、温度。不是一个被测量。对于某种金属与电解质溶液来说，是一个完全确定的值。在测量时，一般将半电池电位作为已知量。15.极化电极和非极化电极界面流过的电流有什么不同？各举出一个接近极化电极和非极化电极的实际电极例子。极化电极界面流过的电流是位移电流；非极化电极界面流过的电流是传导电流，电荷在界面迁跃。（位移电流不是电荷作定向运动的电流，但它引起的变化电场，也相当于一种电流。位移电流只表示电场的变化率，与传导电流不同，它不产生热效应、化学效应等）16.氯化银电极和Pt有什么不同？前者是活性材料，电化学可逆，没有过电压；后者是惰性材料，电化学不可逆，不产生直流电流；Agcl是非极化电极，相当于电阻；Pt是极化电极，相当于电容。（1）Ag-AgCl电极，对于生物体组织具有非常小而且稳定的半电池电位，而且为非极化电极，故常用来作为生物电测量的引导电极来使用。可是Ag-AgCl材料对生物组织有害，所以只能用作体外测量。（2）Pt是一种惰性贵金属，常用作某些电极的电子导体，本身不参与电极反应，统称铂电极。主要用于：（1）气体电极和氧化还原电极；（2）在一定的电势范围内的理想可极化电极；（3）溶液电导测量中作电导池外接电源的输入电极。17.说明氯化银电极电极电位稳定的原因？氯化银电极电位只取决于电解质中氯化物浓度，电位将保持稳定，如果浓度氯离子是恒定的。这可以通过使用合适的电极凝胶来实现；内部体液也有氯离子作为阴离子，改变电流通过电极，只影响氧化还原反应中Ag离子反应，氯离子浓度没有变化，所以在电位没有变化。18.什么是电极的过电位?过电位是噪声源之一,对吗?过电位是电极的电位差值，为一个电极反应偏离平衡时的电极电位与这个电极反应的平衡电位的差值。它是噪声源之一。19.什么是运算放大器？运算放大器（常简称为运放）是两个输入端，一个输出端的放大器，通过外部反馈元件达到预期的放大效果。可以对电信号进行运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特性。20.理想运算放大器的“理想”指标有那些？实际的这些指标是什么?无限输入阻抗，输出阻抗为零，零共模增益或无限共模抑制比，无限开环增益，无限带宽实际，输入电流是不完全为零；输入失调电流是不完全为零任；输入阻抗不是无限的；有一个有限的共模电压范围；输出阻抗不为零；有电压增益限制，包括相移；有一个有限的输入失调电压；有一个有限的转换率；有一些温度依赖性。21.高精度运算放大器的技术指标有那些？（1）具有极低非调整失调电压、极低偏置电流、极低漂移、极高的开环增益（作为积分器和高增益放大器具有的最高精度）和极高的共模抑制比。（2）低偏置电流和高输入阻抗。（3）高精度。22.高速运算放大器的技术指标有那些？高速运算放大器以转换速率高、建立时间短和频带宽为特征23.一运算放大器的压摆率（slewrate）是0.5V/μs,那么，该运算放大器所能够放大的幅度为10mV的正弦信号频率是多少？2*pi*f*A=SR即f=0.5*106/（2*pi*0.01）24.什么是差分放大器?能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器25.什么是共模抑制比?它值大小的意义是什么?放大器工作于线性区时，其差模电压增益AVD与共模电压增益AVC之比，CMRR=Avd/Avc值大小意义：共模抑制比越大，放大器精度越高，无限大时为理想放大器26.什么是仪器放大器？仪器放大器的有几级？每一级完成什么功能？在传感器接口电路中经常用到的具有高输入阻抗高共模抑制比的差分放大器，由于精度高，稳定性好，常用于精密仪器电路和测控电路中，这类仪器称仪器放大器。有两级：第一级即输入级，由两个同向放大器并联构成，用作缓冲器，提高输入阻抗；放大器的第二级就是一个典型的差分放大器，实现高共模抑制比。27.说出仪器放大器的基本特点是什么？（说出两个）高输入阻抗，高共模抑制比28.如图2,放大器为理想运算放大器，反馈回路由R2，R3和R4构成T网络构成。求出用vI表达的vO式。VI/R1=-(VI*R2)/(R1*R3)+(-VI*R2/R1-Vo)/R429.增益带宽积是什么？放大电路的增益与对应带宽的乘积30.单位增益频率是什么？图2运放的闭环增益为1倍条件下，将一个频率可变恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，随着输入信号频率不断变大，输出信号增益不断减小，当从运放的输出端测得闭环电压增益下降3dB（或相当于运放输入信号的0.707）时所对应的的信号频率乘以闭环放大倍数1所得的增益带宽积。31.反相放大器有什么特性？同相放大器有什么特性？同相放大器与反相放大器特性有什么异同？反向：（1）输出较输入反相（2）放大倍数是任意的（3）输入阻抗较低同向：（1）输出与输入同相（2）放大倍数大于等于1（3）输入阻抗高同相放大器的输入信号加在同相输入端，输出信号部分反馈到反相输入端，输入电阻很大，一般在MΩ范围，输出电阻很小接近于0，A≥1，增益是正值；反相放大器性能稳定但输入阻抗较低，增益是负值。32.如果一个运算放大器开环增益是100dB，单位增益带宽是3MHz。如图3所示,是是同相放大电路,R2＝220kΩ,R1＝3.3kΩ，这运算放大电路的带宽是多少？A=1+R2/R1=67.7，BW=3*106/A=44313.15图333.如果一个运算放大器开环增益是100dB，单位增益带宽是3MHz。如图4是反相放大电路,R2＝47kΩ,R1＝1kΩ，这运算放大电路的带宽是多少？A=-R2/R1=-47，BW=3*106/A=63829.79图434.什么是有源滤波器?有源滤波器是使用电阻，电容和有源器件实现的滤波器（通常是指运算放大器），可动态抑制谐波、补偿无功（或是指具有信号处理功能的电路，尤其是指去除信号中不想要的频率成分，增强想要的频率成分。）35.按滤波器器的频率特性，有源滤波器有那几种？低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器36.理想低通滤波器和实际低通滤波器有什么区别？（1）在频率小于截止频率时，理想低通信号全部通过（为1），而实际低通信号有衰减；（2）理想低通滤波器是突然衰减到0，而时机地同是逐渐衰减到0。37.在滤波器设计中常用的近似传递函数逼近理想滤波器有那几种？它们的频率特性各有什么特点？(1)巴特沃斯逼近：滤波器的幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化，在阻带的衰减较为缓慢，选择性较差。相频特性是非线性的。(2)切比雪夫逼近：在电路阶数一定的情况下，其幅频特性更接近理想的矩形，其幅频特性在通带内有一定的波动量，在阻带内具有较陡的衰减特性，选择性好，而且波动越大，选择性越好。(3).贝塞尔逼近：相频特性在通带内具有最高的线性度，群延时函数最接近于常量，滤波器的相频特性引起的失真最小。38.Σ-Δ模数转换器的三项关键技术是什么？过采样噪声成形数字抽取滤波39.比较器的结构？+Vp+VoVn-输入电路反馈电路输出钳位40.比较器各部分的作用是什么？输入电路：两个输入信号分别接到比较器的两个输入端，使得比较器的输出端为正的最大值或负的最大值反馈电路：提高比较器的速度和减小在两信号相等及其附近比较器出现震荡现象输出钳位：为了避免后续电路出现过压和保证迟滞比较器的滞回特性稳定输入网络钳位网络AA-反馈网络41.模数转换器的基本功能？抽样量化编码。抽样过程将模拟信号在时间上离散化使之成为抽样信号；量化将抽样信号的幅度离散化使之成为数字信号；编码将数字信号最终表示成数字系统所能接受的形式。42.非线性处理电路包括哪几种？比较电路限幅放大电路死区电路43.并行比较ADC的结构？电阻分压器，比较器，缓冲器，编码器44.电压频率变换ADC的结构？由电压/频率变换电路（由模拟开关、积分器、比较器组成，见P161）和计数器组成。模拟开关在比较器输出的控制下将输入信号Vi输入到积分器，积分器通常采用线性积分电路，积分器的输出与参考电压VR相比较，当积分器的输出达到时，比较器翻转，其输出控制模拟开关切换到VF，是与Vi相反的电压，且幅值较高，或者模拟