简易心电图仪设计报告

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1、生物医学工程学院电子技术综合实验室课程设计报告题目：简易心电放大仪指导教师：年级：专业：学号：姓名：学号：姓名：一、设计要求与技术指标设计制作一台简易心电图仪，用于测量人体心电信号并在示波器上显示，其示意图如图1所示。图1简易心电图仪示意图导联电极说明：(1)LA（左臂），RA（右臂），RL（右腿）。(2)心电信号（标准I导联）的电极接法：RA接放大器反相输入端（－），LA接放大器同相输入端（＋），RL作为参考电极，接心电放大器参考点。(3)RA、LA和RL的皮肤接触电极分别通过1.5m长的屏蔽导联线与心电信号放大器连接。技术指标(1)制作一路心电信号

2、测量放大器，其技术指标如下：(a)电压放大倍数1000，误差±5%。(b)-3dB低频截止频率0.05Hz。(c)-3dB高频截止频率100Hz，误差±10Hz，在200Hz处的衰减³10dB。(d)通带内响应波动£3dB。(e)共模抑制比³60dB。(f)差模输入电阻³5MΩ。(2)按标准I导联的接法进行实际的心电图测量，能在示波器上较清晰地显示心电波形。标准I导联心电波形的示意图如图2所示。图2心电波形示意图(3)实际测量心电图时，放大器的等效输入噪声（包括50Hz干扰）<400μV（峰-峰值）。二、总体电路框图电路设计共五个部分组成第一是由前置放

3、大器，这一级增益选在20倍左右。第二是屏蔽驱动电路，采用右腿驱动电路，它不仅可以消除电路中的共模信号，还可以提高工模抑制比。第三是由滤波电路组成。由于心电信号频率在0.05—100hz以内，所此电路要将这频带以外的信号都滤除。第四是由50hz的限波电路组成，这主要采用双T带阻滤波电路。第五是后级放大电路，前置放大电路放大倍数为100-200左右，这一级还需要放大6—10倍左右。总体框图如下图所示：前置放大为20倍，高通滤波为二阶巴特沃斯型滤波器通带放大倍数为1.6倍，低通滤波为四阶巴特沃斯滤波器通带放大倍数为1.6*1.6=2.56倍，后级为反向放大电

4、路放大倍数为12倍，总共放大倍数为A=20*1.6*1.6*1.6*1.6*12.2=1000倍三、设计方案与方案比较一）、前置放大电路（1）根据心电信号的特点，前置级应该满足下述要求：1)高输入阻抗。被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻抗。一般情况下，信号源的内阻为100kΩ，则放大器的输入阻抗应大于1MΩ。2)高共模抑制比CMRR。人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰，一般为共模干扰，前置级须采用CMRR高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。3)低噪声、低漂移。主

5、要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出稳定。（2）方案的选择方案（一）：三运放仪用放大电路如图3所示的同相并联三运放结构，这种结构可以较好地满足上面三条要求。A1、A2构成放大器的第I级，主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。第II级采用差动电路用以提高共模抑制比。将A3、A4两个同相输入运放电路并联，再与A5差分输入串联的三运放差分放大电路。根据虚短、虚断的概念，不难分析A3、A4前置放大电路仅对差模信号有放大作用，差模放大倍数为（R3+2R1）/R3倍。这样的电路有以下几个优点：a.A3、A4提高了差模信号与共模信号之比，即提高了

6、信噪比，因差模信号按差模增益比放大，远高于共模成分（噪声）；b.决定增益的电阻（R1、R2、R3）对共模抑制比CMRR没有影响，因此电阻的容差不重要，R1、R4的失配仅使两输出端之间的差模增益失配，与CMRR相比，这一点并不重要。电路的另一个特点是对共模输入信号没有放大作用，共模电压增益接近于零。这个因素不仅与实际的共模输入有关，而且也与A3和A4的失配电压和漂移有关。如果A3和A4有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作为共模信号出现，没有被放大，还能被第二级抑制。这样对于A3和A4的漂移要求就会降低。A3和A4前置放大级的差模增益要做得尽可

7、能高，相比之下，第二级（A5）的漂移和共模误差就可以忽略，对放大器的要求就可以大大降低。当R4=R5，R6=R7+RP时，两级的总增益为两个差模增益的乘积，即：Avd=(（R3+2R1）/R3)(R6/R4)由此可知，上述电路具有输入阻抗高，共模抑制比高等优点，可作为通用仪用放大器使用。图3三运放仪用放大器方案（二）利用AD620来设计放大电路AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1～1000的低价格、低功耗、高精度仪表放大器。它体积小，为8管脚的SOIC或DIP封装；供电电源范围为±2.3V～±l8V；最大供电电流仅为1.3mA。AD62

8、0具有很好的直流特性和交流特性，它的最大输入失调电压为5OμV，最大输入失调电压漂移为lμV/