簡(jiǎn)易心電圖儀設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)室課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：簡(jiǎn)易心電放大儀指導(dǎo)教師：年級(jí)：專業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：學(xué)號(hào)：姓名：一、設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)制作一臺(tái)簡(jiǎn)易心電圖儀，用于測(cè)量人體心電信號(hào)并在示波器上顯示，其示意圖如圖1所示。圖1簡(jiǎn)易心電圖儀示意圖導(dǎo)聯(lián)電極說(shuō)明：(1)LA（左臂），RA（右臂），RL（右腿）。(2)心電信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)）的電極接法：RA接放大器反相輸入端（－），LA接放大器同相輸入端（＋），RL作為參考電極，接心電放大器參考點(diǎn)。(3)RA、LA和RL的皮膚接觸電極分別通過(guò)1.5m長(zhǎng)的屏蔽導(dǎo)聯(lián)線與心電信號(hào)放大器連接。技術(shù)指標(biāo)(1)制作一路心電信號(hào)

2、測(cè)量放大器，其技術(shù)指標(biāo)如下：(a)電壓放大倍數(shù)1000，誤差±5%。(b)-3dB低頻截止頻率0.05Hz。(c)-3dB高頻截止頻率100Hz，誤差±10Hz，在200Hz處的衰減310dB。(d)通帶內(nèi)響應(yīng)波動(dòng)￡3dB。(e)共模抑制比360dB。(f)差模輸入電阻35MΩ。(2)按標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)的接法進(jìn)行實(shí)際的心電圖測(cè)量，能在示波器上較清晰地顯示心電波形。標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)心電波形的示意圖如圖2所示。圖2心電波形示意圖(3)實(shí)際測(cè)量心電圖時(shí)，放大器的等效輸入噪聲（包括50Hz干擾）<400μV（峰-峰值）。二、總體電路框圖電路設(shè)計(jì)共五個(gè)部分組成第一是由前置放

3、大器，這一級(jí)增益選在20倍左右。第二是屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，采用右腿驅(qū)動(dòng)電路，它不僅可以消除電路中的共模信號(hào)，還可以提高工模抑制比。第三是由濾波電路組成。由于心電信號(hào)頻率在0.05—100hz以內(nèi)，所此電路要將這頻帶以外的信號(hào)都濾除。第四是由50hz的限波電路組成，這主要采用雙T帶阻濾波電路。第五是后級(jí)放大電路，前置放大電路放大倍數(shù)為100-200左右，這一級(jí)還需要放大6—10倍左右?？傮w框圖如下圖所示：前置放大為20倍，高通濾波為二階巴特沃斯型濾波器通帶放大倍數(shù)為1.6倍，低通濾波為四階巴特沃斯濾波器通帶放大倍數(shù)為1.6*1.6=2.56倍，后級(jí)為反向放大電

4、路放大倍數(shù)為12倍，總共放大倍數(shù)為A=20*1.6*1.6*1.6*1.6*12.2=1000倍三、設(shè)計(jì)方案與方案比較一）、前置放大電路（1）根據(jù)心電信號(hào)的特點(diǎn)，前置級(jí)應(yīng)該滿足下述要求：1)高輸入阻抗。被提取的心電信號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號(hào)源的內(nèi)阻為100kΩ，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于1MΩ。2)高共模抑制比CMRR。人體所攜帶的工頻干擾以及所測(cè)量的參數(shù)以外的生理作用的干擾，一般為共模干擾，前置級(jí)須采用CMRR高的差動(dòng)放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。3)低噪聲、低漂移。主

5、要作用是對(duì)信號(hào)源的影響小，拾取信號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出穩(wěn)定。（2）方案的選擇方案（一）：三運(yùn)放儀用放大電路如圖3所示的同相并聯(lián)三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以較好地滿足上面三條要求。A1、A2構(gòu)成放大器的第I級(jí)，主要用來(lái)提高整個(gè)放大電路的輸入阻抗。第II級(jí)采用差動(dòng)電路用以提高共模抑制比。將A3、A4兩個(gè)同相輸入運(yùn)放電路并聯(lián)，再與A5差分輸入串聯(lián)的三運(yùn)放差分放大電路。根據(jù)虛短、虛斷的概念，不難分析A3、A4前置放大電路僅對(duì)差模信號(hào)有放大作用，差模放大倍數(shù)為（R3+2R1）/R3倍。這樣的電路有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a.A3、A4提高了差模信號(hào)與共模信號(hào)之比，即提高了

6、信噪比，因差模信號(hào)按差模增益比放大，遠(yuǎn)高于共模成分（噪聲）；b.決定增益的電阻（R1、R2、R3）對(duì)共模抑制比CMRR沒(méi)有影響，因此電阻的容差不重要，R1、R4的失配僅使兩輸出端之間的差模增益失配，與CMRR相比，這一點(diǎn)并不重要。電路的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)共模輸入信號(hào)沒(méi)有放大作用，共模電壓增益接近于零。這個(gè)因素不僅與實(shí)際的共模輸入有關(guān)，而且也與A3和A4的失配電壓和漂移有關(guān)。如果A3和A4有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作為共模信號(hào)出現(xiàn)，沒(méi)有被放大，還能被第二級(jí)抑制。這樣對(duì)于A3和A4的漂移要求就會(huì)降低。A3和A4前置放大級(jí)的差模增益要做得盡可

7、能高，相比之下，第二級(jí)（A5）的漂移和共模誤差就可以忽略，對(duì)放大器的要求就可以大大降低。當(dāng)R4=R5，R6=R7+RP時(shí)，兩級(jí)的總增益為兩個(gè)差模增益的乘積，即：Avd=(（R3+2R1）/R3)(R6/R4)由此可知，上述電路具有輸入阻抗高，共模抑制比高等優(yōu)點(diǎn)，可作為通用儀用放大器使用。圖3三運(yùn)放儀用放大器方案（二）利用AD620來(lái)設(shè)計(jì)放大電路AD620是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1～1000的低價(jià)格、低功耗、高精度儀表放大器。它體積小，為8管腳的SOIC或DIP封裝；供電電源范圍為±2.3V～±l8V；最大供電電流僅為1.3mA。AD62

8、0具有很好的直流特性和交流特性，它的最大輸入失調(diào)電壓為5OμV，最大輸入失調(diào)電壓漂移為lμV/