生物电信号前端放大器的高输入阻抗的重要性

问题

通过电极获取得到的电信号非常微弱，此时我们首先需要对这个生物电生理信号进行放大，这是一种前置放大器，它的输入端具有高阻抗性，也即高输入阻抗。那么我们为什么需要在输入端设置高阻抗呢？

解答

首先，我们需要理解放大器与信号源之间属于并联的形式，这意味着放大器与信号源在理想情况下能够处于相同的电压，放大器此时能够获取得到精确良好的信号源的电势差信号，从而在放大后得到相对准确的信号。但这存在一个问题，那就是信号源具有电势差，这就意味着如果存在外界电路时，信号源可能会出现放电情况，从而导致能量的损耗，这不是研究者希望看到的。

而根据欧姆定律（I = V/R，I为电流，V为电压，R为电阻，这里为阻抗），电阻越大，电流越小，此时电路中的负载（也即电路中消耗电流的部分）减弱。根据这一表现，我们在设计前端放大器时，在放大器的输入端会放置非常大的阻抗元器件（如10兆欧姆），此时即使信号源存在外接电路，由于高阻抗成分的存在，电流非常小，信号源电势差能够良好的保留。通过这种操作便将信号源的电势差损失会降到最小，与信号源并联的前端放大器便能够保留最为本真的信号。

需要注意的是，我们并不能将放大器获得的电压信号等同于信号源，因为实际上生物组织是存在内阻的，所以放大器获得的实际信号是包括信号源和内阻的电压信号。只不过内阻我们常常默认为常数。同时，我们在后期的数据分析过程中会进行差异性分析，尤其在科研环境下，此时内阻可以被看做是一种随机变量，随机变量的影响在不同组间由于随机法的存在而得到了消除。

总结下来，高输入阻抗的设定最重要的便是减少信号源能量的损耗，以保证放大器得到原始的、本真的、准确的信息。