1心电前置放大电路设计

心电前置放大器设计

报

告

姓名

班级

学号

1、心电介绍

2、心电干扰

2.1 肌电干扰

2.2 交流干扰

3、心电采集电路设计思路

3.1 第一级差动放大

3.2 第二级低通滤波

3.3 第三级功率放大

4、心电采集电路及其仿真结果

心电信号采集电路设计

摘要：通过三导联采集人体的心电信号，然后三级放大，得到可以在示波器上较清楚显示的心电图。其中三级放大为：第一级是CMRR很大的差动放大器，此处采用仪用放大器AD620；第二级是二阶有源低通滤波器，所设计的截止频率为120Hz；第三级是二级放大电路，前一级是放大倍数固定为10的电路，后一级是

放大倍数可调的放大电路。

一、心电介绍

心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。

在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。此处我们采用三导联。

二、心电干扰

心电干扰分为两种，一种是肌电干扰，一种是交流干扰。肌电干扰一般是35HZ，交流干扰一般是50HZ。而心电信号的频率范围是在0.05-100HZ之间。所以肌电干扰和交流干扰极易混入心电信号，并被放大，需要对它们进行抑制处理，以保证心电图记录的质量。

2.1肌电干扰

肌电干扰是指由于人体肌肉颤动所引起的噪声信号。这种噪声信号是不规则的。肌电干扰信号的频率在10-3000Hz之间，电压从几十微伏到几毫伏之间。在做心电图检查时，一般常见35Hz肌电干扰信号。它产生的原因主要有以下几个方面：

1．病人精神过于紧张，引起肌电干扰；2．环境温度过低，病人发冷寒颤，引起肌电干扰；3．病人活动或病床不舒适，引起肌电干扰；4．心电图机电极绑带或电极夹过紧，引起肌电干扰。

2.2交流干扰

1、50Hz交流干扰通常是指来自外界以及心电图机自身的电源50Hz交流干扰信号。这种干扰信号是规则的。50Hz交流干扰通常分为以下几种：[1]交流磁场干扰；[2]泄漏电流干扰；[3]阻抗耦合干扰；[4]静电干扰；[5]地环路干扰；[6]仪器内部50Hz干扰等等。

2、交流磁场干扰是指在人体附近存在的电流电路与病人回路之间通过电磁耦合而产生的交流磁场干扰。如：照明设备、沿天花板和墙壁及地面排布的电源线等设备产生的干扰磁场穿过一定面积的输入加路时，产生感应电动势并与心电信号叠加，造成干扰。

3、泄漏电流干扰是指因绝缘强度下降产生的泄漏电流而引起的泄漏电流干扰。如：在梅雨季节时，电源线、墙壁、及病床等因湿度增加而使其绝缘强度下降，

使泄漏电流增加。

4、阻抗耦合干扰是指因位移电流所产生的电位差而引起的阻抗耦合干扰（一般为电阻型）。如：病房环境中的电源线，不管有无电流通过，电流线与心电图机导联线间总存在静电耦合电容。由电容耦合所引起的位移电流所产生的电位差所引起的干扰。

三、心电采集电路设计思路

通过三导联采集到心电信号。心电前置放大电路由三级组成，第一级是CMRR 很高的差动放大电路，主要用来抑制共模干扰，这一级放大倍数是8倍左右。第二级是一个两阶低通滤波的电路。最后一级是二级放大电路，第一级固定为10倍放大，第二级是可调放大倍数的放大电路。

3.1 第一级差动放大电路

这里主要选择了仪用放大器AD620，AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)。这该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。

根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。因此在这一级选择放大8倍。电路图设计如下：

其中，8号线相当于是右腿输入，11号线相当于是左手的输入，10号线相当于是右手的输入。

C1、C2、C3构成的电路是射频信号干扰滤波器。在现实的测量环境中, 存在射频信号干扰,可能会导致后级的仪表放大器内部的射频整流,将导致仪表放大器不能正常工作。特别当信号传输线路较长并且信号强度低的情况, 此时射频干扰的影响就更加严重,结果得不到有用的心电信号,必须处理不断增加的RFI, 降低仪

表放大器电路中的RFI整流误差。本系统解决方案是设计一个用于防止RFI整流误差的差分低通滤波器电路。

OP07和周围电阻电容构成的电路。是为了进一步提高前置放大器的共模抑制比和抗干扰能力，采用右腿驱动电路，从根本上降低空间电场在人体上产生的干扰。

元器件选择情况

C1 CT 47nF（插装）C2 CT 1nF（插装）C3 CT 1nF（插装）

C4 CT 10nF（插装）R3 8.25kΩ1/4W 1% R4 24.9kΩ1/4W 1% R5 24.9kΩ1/4W 1% R6 10kΩ1/4W 1% R7 1MΩ1/4W 5% 3.2 第二级滤波电路

此处是一个二阶有源低通滤波器，我选择TL082，由于它的频率响应范围比较大，滤波器中选用它，滤波效果会比较好。电路图如下：

此处是一个二阶低通滤波器，这里选择的是巴特沃茨型，截止频率为120Hz 的滤波器。计算方法如下：

元器件选择情况

R8 56kΩ1/8W 5% 金属膜（插装）R9 56kΩ1/8W 5% 金属膜（插装）C5 CT 16nF（插装）C6 CT 33nF（插装）

3.3 第三级功率放大电路

在第三级中，选择了OP07作为放大器，因为OP07有非常小的输入电压漂移，而且有很高的开环增益。故最后一级的电压放大电路选择是OP07。电路图如下：

这里用的是同相放大器，因为同相放大器有大的输入阻抗。其中的电容作用是为了消除自激振荡，滑动电阻的作用是为了能调节放大倍数，使心电的输出更好。

元器件选择情况

R1 1kΩ1/4W 5% R2 9kΩ1/4W 5% R3 1kΩ1/4W 5%

R4 3296 W203 C1 CT 10pF（插装）C2 CT 10pF（插装）

四、心电采集电路及其仿真结果第一级差动放大电路

仿真结果

第二级二阶有源低通滤波器

仿真结果

第三级功率放大电路

仿真结果

总的电路图

仿真结果

心电放大器设计报告

心电放大器(直流供电) 设计报告及测试报告姓名:刘文中学号:3004202321 班级:生物医学工程1班指导老师:李刚教授

心电放大器前置通路设计报告 ——直流供电 3004202321－1－刘文中指导老师：李刚教授一：关于心电 ?心脏作为生物体新陈代谢和能量传递的动力中心,其对人体的重要性是不言而喻的。各种心脏疾病,几乎都和心脏的生物电活动相关联。在当前的社会中,心脏病等心血管已经成为了世界死亡人数最多,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。然而，要针对心脏病情，首先要做的就是了解心电信号的特点。其特点为： 1）信号十分微弱，幅度小于5mV。 2)常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近。 3)测量时心电电极阻抗较大，一般在几百千欧以上。 4）极易受到工频干扰。 ?心电图的作用 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。因此检测出人体的心电图，对于帮助诊断与治疗相关疾病有重要作用。我所设计的便携式心电放大器主要是方便，低功耗，主要适用于野外或运动场所对于心电的检测。二：心电放大器的总体设差模电压增益：A VC=500；差模输入阻抗：大于10M 共模拟制比：大于80DB 频带宽度: 0.05~100HZ; 陷波：50HZ工频输入保护电路：能耐5000v的高压说明：由于我设计的是直流心电放大器；所以放大起必须具有两个特性第一：要能准确的提取与放大心电信号（放大倍数不能太小，以便能够较方便的观测，由于是直流供电，直流是由电池提供，提供的电压较小，所以放大倍数也不能太大。第二：要使整个电路的功耗尽量小，这在某种程度上要求该设计中所含的运放器要相对较少；三：整个电路的整体框架如下;

生物电放大器 - 心电图(ECG)前置放大器

生物电放大器 - 心电图(ECG)前置放大器 *******信息工程与自动化学院学生实验报告（******* 学年第一学期）课程名称：生物医学电子学开课实验室：******* 200******* 年 ******* 月 ******* 日一、实验目的 1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理； 2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响； 3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。二、实验原理图2-1 实验二三电极心电前置放大器如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A 1、A 2、A 3的理想特性，R 5、R 6、R 7中的电流相等，得到 U o 1-U i 1 R 5 = U i 1-U i 2 R 7R 5R 7R 5R 7 = U i 2-U o 2 R 6 从而导出（R 6=R5） (U o 1-U i 1) =(U i 2-U 02) = (U i 1-U i 2) (U i 1-U i 2) 以上二式相加得 (U o 1-U o 2) =(1+

2R 5R 7 )(U i 1-U i 2) 注意到 U o =- R 10R 8 (U o 1-U o 2) 则其差模增益为 A d = U o U i 2-U i 1 =R 10R 8 (1+ 2R 5R 7 ) 只要调节R 7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用三、实验内容及步骤 1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路； 2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中； 3、计算放大倍数，并记录于表2-2中； 4、将模拟正弦输入信号调整为零（Vi=0），测量出此时的输出电压（零漂）；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。四·实验结果记录及分析总结表2-1三电极心电前置放大器实验记录表截图1：

实验1 单级放大电路

实验1 单级放大电路 1．实验目的 1）学习使用电子仪器测量电路参数的方法。 2）学习共射放大电路静态工作点的调整方法。 3）研究共射放大电路动态特性与信号源内阻、负载阻抗、输入信号幅值大小的关系。2．实验仪器示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。 3．预习内容 1）三极管及共射放大器的工作原理。 2）阅读实验内容。 4．实验内容实验电路为共射极放大器，常用于放大电压。由于采用了自动稳定静态工作点的分压式偏置电路（引入了射极直流电流串联负反馈），所以温度稳定性较好。 1）联接电路 (1)用万用表判断实验箱上的三极管的极性和好坏。由于三极管已焊在实验电路板上，无法用万用表的h EF档测量。改用万用表测量二极管档测量。对NPN三极管，用正表笔接基极，用负表笔分别接射极和集电极，万用表应显示PN结导通；再用负表笔接基极，用正表笔分别接射极和集电极，万用表应显示PN结截止。这说明该三极管是好的。用万用表判断实验箱上电解电容的极性和好坏。对于10μF电解电容，可选择200kΩ电阻测量档，用万用表的负极接电解电容的负极，用万用表的正极接电解电容的正极，万用表的电阻示数将不断增加，直到超过示数的范围。这说明该电解电容是好的。 ⑵按图1.1联接电路。 ⑶接通实验箱交流电源，用万用表测量直流12V电源电压是否正常。若正常，则将12V 电源接至图1.1的Vcc。图1.1 共射极放大电路

⑷ 测量电阻R C 的阻值。将V i 端接地。改变R P （有案可查2 2k Ω、100k Ω、680k Ω三个可变电阻可选择），测量集电极电压V C ，求 I C =(V CC －V C )/R C 分别为0.5mA 、1mA 、1.5mA 时三极管的β值。建议使用以下方法。 b B cc 2b B B R V V R V I -=+ p 1b b R R R += B C I I =β （1-1）请注意，电路断电、电阻从电路中开路后才能用万用表测量电阻值。本实验用测电阻值、电压值来计算电流值，而不是直接测量电流，是因为本实验电路的电流较小，测量电流的测量误差较测量电压、电阻的误差大。同时还因为测量电流时万用表的内阻趋于零，使用不当很可能损坏万用表。 Vcc=11.992 V 图1.2是示意图。它示意i C 并不严格等于βi B ，只是近似等于βi B ；或者说β并不是一个常数。通常， β随i B 增大而增大。对于一个三极管，β随i B 的变化越小越好。用图解法表示共发射极放大器放大小信号的原理可知，β 随i B 变化而变化是正弦波小信号经共发射极放大器放大后产生非线性谐波失真的原因。若表1.1中β的数值较接近，则表1.6中的非线性谐波失真应较小。使用不同实验箱的同学之间可验证上述分析。由此可见，在制作小信号放大器时，若要求其非线性谐波失真尽可能小，则应挑选β值随i B 变化而变化尽可能小的三极管。 2) 调整静态电压放大器的主要任务是使失真尽可能小地放大电压信号。为了使输出电压失真尽可能小，一般地说，静态工作点Q 应选择在输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选得太高，放大器在加入交流信号后容易引起饱和失真；若选得太低，容易引起截止失真。对于小信号放大器而言，若输出交流信号幅度较小，电压放大器的非线性失真将不是主要问题，因此Q 点不一定要选在交流负载线的中点，而可根据其他要求来选择。例如，希望放大器耗电省、噪声低，或输入阻抗高，Q 点可选得低一些。将V i 端接地。调整R P ，使V C =6V ，测量计算并填写表1.2，绘制直流负载线，估算静态工作点和放大电路的动态范围；分析发射极直流偏置对放大器动态范围的影响。

心电放大器设计报告

生物医学电子学课程设计设计报告学校：东北大学学院：中荷生物医学与信息工程学院专业班级：生医1202班姓名：鱼忘七秒学号： 201252xyz 指导老师：李刚

低功耗心电放大器设计报告 1.概述心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。基本心电图如上所示，包含如下几个波段： P波――两心房除极时间 P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群――全心室除极的电位变化 ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波――快速心室复极时间 2.设计背景心电放大器是一种常见的生物电放大仪器，在如今已经得到了广泛的应用，并已经研发出了便携家用的医疗仪器。心电放大器可以实时观测被测者的心电信号，有助于病征的观测，并能辅助诊断。心电放大器作为精密医疗仪器，在现代的应用越来越广泛，低成本是它的一个重要趋势。

心电信号有几个显著的特点。 1)心电信号很微弱，其幅值为10μV（胎儿）-4mV（成人），放大倍数约为500~1000倍； 2)频率很低，约为0.05Hz-75Hz，能量主要集中在17Hz附近； 3)有很强的随机性，并不稳定。 4)人体作为信号源，本身内阻很大。 5)干扰多。如肌电等人体噪声，以及在心电放大器中不可避免的工频等设备噪声。 3.设计意义 1)对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值； 2)对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程； 3)对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助； 4)能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 4.设计要求 1)输入电阻>5M 2)共模抑制比>80dB 3)输出摆幅>2.5V（采用单片机采集时动态范围≧28） 4)频带：0.05～75Hz 5)功耗<5mA 6)直流供电，使用三节1.5V干电池，便于携带 5.总体方案设计

心电信号放大器设计

成绩： 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术（1）”BUCK变换器的设计与仿真姓名：专业：班级：学号：

2015 年12 月

一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下： 1、输入阻抗≥10MΩ。 2、共模抑制比≥80dB。 3、电压放大倍数1000倍。 4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。 5、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。二、设计方案分析 1、心电信号的特点及检测人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，

又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 LA Ⅰ 导联Ⅱ 导联Ⅲ导联图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大

心电信号放大电路

浅谈滤波器在心电信号放大电路中的应用 1 实验目的与意义心电信号十分微弱，一般在0.05-100Hz之间，幅度小于5mv。在检测心电信号的同时存在着极大的干扰。心电波仪器通过传感系统把心脏跳动信号转化为电压信号波形，一般为微伏到毫伏数量级。这是需经过信号放大才能驱动测量仪表把波形绘制出来。本实验通过应用运算放大器设计心电放大电路，目的是可以实现有效滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统，可以得到放大，无干扰的心电信号。本实验将就心电放大电路中的滤波器部分进行重点研究，采用multisim10.1进行仿真，分析其实现的功能以及所起的作用。心电信号放大电路的其余部分将做简要介绍。

2 心电放大电路工作原理心电信号放大电路原理流程图 2.1前置放大电路放大微弱的心电信号。具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力的特点。 2.2高通滤波电路通过频率大于 0.05Hz 的信号，排除低频信号干扰。 2.3低通滤波电路通过频率低于100Hz 的信号，排除高频信号干扰。 2.4带阻滤波电路有效阻断工频为50Hz 的信号干扰。 2.5电压放大电路对处理过的心电信号进行放大，以便能够观察出微弱的心电信号。 3 技术指标信号放大倍数：1000倍输入阻抗：≥10M Ω 共模抑制比：K cmr ≥60dB 频率响应：0.05-100Hz 信噪比：≥40dB 4心电放大电路介绍与分析 4.1前置放大电路可应用AD620来设计放大电路，设计图如下输入心电信号前置放大高通滤波电压放大带阻滤波低通滤波

根据心电信号特点，前置放大电路具有以下特点： 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，应提高放大电路的输入阻抗。 2）高共模抑制比：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，前置级须采用共模抑制比高的差动放大电路，以减少共模干扰。 3）低噪声，低漂移：使其对信号源影响小，输出稳定。此放大电路可实现增益1-1000倍的调节。 4.2滤波电路正常心电信号的频率范围为0.05-100Hz。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 4.2.1 高通滤波电路本实验采用二阶有源滤波器，参数设置以及电路图如下。 f min=错误！未找到引用源。=0.05Hz 令C1=C2=100μF R1=R2≈32kΩ 输入1Vpk，0.05Hz的正弦交流信号

单级放大电路的设计与仿真

单级放大电路的设计与仿真一、实验目的 1）掌握放大电路静态工作点的调整与测试方法。 2）掌握放大电路的动态参数的测试方法。 3）观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。二、实验器材 1mV 5KHz 正弦电压源，15mV 5KHz 正弦电压源，12V直流电压源，2N2222A三极管，10uF电容（3个），10KΩ电阻（2个），3.0KΩ电阻，1.5KΩ电阻，5.1KΩ电阻，250KΩ电位器，万用表，示波器等。三、实验原理与要求三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区。如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线性失真——饱和失真和截止失真，而不能正常放大。静态工作点合适时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性——即电压放大倍数的相位与频率的关系。设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益。测电路的频率响应曲线和fL、fH值。设计图如下：

四、实验内容与步骤 1.饱和失真为了使得到的饱和、截止失真的波形图更加明显，用15mV的交流电压源代替了原先的1mV 的电源。调节电位器的百分比至0%，观察波形。测试饱和失真下的静态工作点可知I B=227.374uA，I C=2.576mA, U CE=69.657mV。

心电设计报告

直流心电放大仪设计报告心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号比较微弱，其频谱范围是0.05～200Hz，电压幅值为0～5mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千欧，并且存在着大量的噪声，测量时，除了受包括肌电信号，脑电信号，呼吸波信号等体内干扰信号的干扰，还受到基线漂移，电极接触等体外干扰。心电的这些特点，要求设计在强噪声下能有效抑制各种干扰的便携式心电采集放大仪，来得到正确的心电信号。本直流心电放大仪设计思路是：由携带在人体上的电极采集心电信号，经过前置放大器的初步放大，并且在前置放大器电路部分设计滤波和右腿驱动电路，对各种信号进行一定的抑制后送入仪用放大器，输出后送入低通滤波器，以滤除心电频率范围以外的干扰信号，最后经过主放大器，得到能观察范围内的心电信号。在进行实验元件参数选取时，既要考虑满足设计要求，同时又要保证所用的元件必须能找到，而且考虑到元件精度要求。心电放大仪总体结构图：人体电极拾取前置放大器（共模抑制电路）低通滤波器后级放大电路示波器显示本设计的电路主要由五部分组成：电源变换电路；前置放大器和抑制共模电路；低通滤波电路；后级放大电路（主放大电路）。由携带在人体上的电极拾取的心电信号首先经过前置放大器的初

步放大，并对各种干扰信号进行一定的抑制后进入低通滤波器以滤除心电频率以外的干扰信号，然后经过后级主放大器进一步放大后，输入示波器，进行观察。设计没有采用50HZ工频滤波电路，是因为本设计由电池供电，共模工频干扰很小（外界电场影响），可以通过右腿驱动电路很好的滤除。一、电源变换电路：由于电池最多只能用四节，也就是6V，而实验采用的芯片是LM324，因此采用具有升压能力的电路，它能将Ec转换为±Ec。其原理是NE555,时基电路接成无稳态电路，555和R21、C13接成无稳态多谐振荡器，振荡频率约在20kHz左右，由于充、放电时间常数皆为R21C13，故占空比为50％。输出的20kHz脉冲波经D1、C14和 D2、C15分别整流滤波后，输出±EDD双电源。它的3脚输出占空

心电放大电路

交流心电放大器设计报告天津大学生物医学工程王博一概述心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。基本心电图如上所示，包含如下几个波段： P波――两心房除极时间 P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群――全心室除极的电位变化 ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波――快速心室复极时间普通心电图有一下几点用途 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。 6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。本设计由于采用交流供电，其实际意义在于用在，心电监护以及心电的静态检测方面，因此在设计上就力求全面反应各个波段上的电位情况，并尽量减少噪声，以达到国家基本心电图机要求二系统设计

实验一单级放大电路

实验一单级放大电路一、实验目的 1、掌握单管电压放大电路的调试和测试方法。 2、掌握放大器静态工作点和负载电阻对放大器性能的影响。 3、学习测量放大器的方法，了解共射极电路的特性。 4、学习放大器的动态性能。二、实验仪器 1、模拟电路实验箱及附件板 2、示波器 3、万用表 4、直流毫伏表 5、交流毫伏表 6、函数发生器 7、+12V 电源三、实验原理实验采用分压式工作点稳定电路，如图1.1所示。 1、静态工作点的估算当流过基极分压电阻的电流远远大于三极管的基极电流时，可以忽略BQ I ，则有：CC 2b 1b 1 b BQ V R R R V += ，e BEQ BQ EQ CQ R U V I I -=≈

)(e c CQ CC e EQ c CQ CC CEQ R R I V R I R I V U +-≈--= β CQ BQ I I = 2、动态指标的估算与测试放大电路的动态指标主要有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻及通频带等。理论上，电压放大倍数be L u r R A '-=β ，输入电阻be be 2b 1b i ////r r R R R ≈=，输出电阻c o R R ≈ 测量电压放大倍数时，首先将电路调整到的合适静态工作点，给定输入电压i u ，在输出电压不失真的情况下，用毫伏表测出输出电压o u 与输入电压i u 的有效值，则i o u U U A = 四、实验内容及步骤１、在模拟电路实验箱上插上附件板，按图1.1电路，用插接线连接实验电路，接线完毕，检查无误后，接上＋12V 直流电源。 2、调试静态工作点接通直流电源前，先将R W 调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通＋12V 电源、调节R W ，使I C ＝2.0mA （即U E ＝2.0V ），用直流电压表测量U B 、U E 、U C 及用万用电表测量R B2值。记入表1－1。表1-1 I C ＝2mA 3、测量电压放大倍数在放大器输入端加入频率为1KHz 的正弦信号u S ，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压U i ≈10mV ，同时用示波器观察放大器输出电压u O 波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述两种情况下的U O 值，并用双踪示波器观察u O 和u i 的相位关系，记入表1－2。

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期设计报告学院：电子信息学院学号：15041523 班级：15040211 姓名：卢虎林日期： 2017年3月11日

一、实验目的通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。二、实验原理设计一个心电图信号放大器。已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1、确定总体设计目标由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：差模电压增益：1000(5V/5mV)；差模输入阻抗： >10MΩ；共模抑制比：80dB；通频带：0.05Hz～250Hz。 2、方案设计根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计

采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为： Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。

心电信号放大器设计

成绩： 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术（1）”BUCK变换器的设计与仿真姓名：专业：班级：学号：

2015 年12 月

又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 RA LA LL RL RA LA Ⅰ导联 RA LL Ⅱ导联Ⅲ导联 LA LL 图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期设计报告学院：电子信息学院学号： 15041523 班级： 15040211 姓名：卢虎林日期： 2017年3月11日

于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。

单级共射放大电路的设计共7页word资料

实验二、单级共射放大电路的设计一、实验目的 1.掌握共射放大器电路的设计方法 2.掌握如何设置放大电路的静态工作点及其调试方法 3.学习放大电路性能指标 4.观察基本放大电路参数对放大器的静态工作点、电压放大倍数及最大不失真电压、以及频率响应的测量方法 5.进一步熟悉函数发生器、等常用仪器的使用方法 6.进一步熟悉晶体管参数的测试 7.了解负反馈对放大电路性能的影响二、实验仪器与器件：直流稳压电源、万用电表、双踪示波器、交流毫伏表、直流毫安表、频率计、三极管、电阻器、电容器、电位器若干。三、实验原理：连接电路图如下图，并测量相关数据，了解单级共设放大电路四、实验内容 1.静态工作点的调整与测量：将R L 开路；在接通电源钱，将R b2 调至最大，并使u i =0.调节R b2 测量相应数据填入下表

2.观察静态工作点对输出波形失真的影响：调节函数信号发生器找到最大不失真输入电压，然后观察u O 输出波形，判断失真情况以及管子工作状态填入下表

3.电压放大倍数的测量将频率为1kHz 、u i =300mV （参考）的正弦信号作为输入信号，用交流毫伏表测量U i 和U o 有效值，用示波器观察输入输出电压的波形，把测量结果记入下表 U i =248mV

4.观察静态工作点对电压放大倍数的影响将R L 开路，R C =2k欧姆，输入适当u i 。改变R b2 ，将数据填入下表 U i =106.06mV 注意：测量U CE 时它是静态参数。 5.输入电阻和输出电阻的测量输入端开关打开，用交流毫伏表测量U i 和U s ，计算输入电阻 R i =U i /I i =R s *U i /(U s -U i ) 闭合输入端开关，打开和闭合输出端开关，用交流毫伏表测量U L 和U O ，计算输出电阻 R O =（U O /U L -1）*R L 6.最大不是真输出电压V opp 的测量同时调节输入信号的幅度和电位器R b2 ，用示波器和交流毫伏表测量填表 7.幅频特性的测量采用主点法进行测量，填表。

心电监护仪设计实验报告

心电监护仪的设计实验报告一、设计任务与要求 1、设计一个标准导联的心电信号采集、处理和显示系统。 2、能记忆当前时刻前若干秒的数据，由设计者确定参数。 3、数据回放功能。 4、软件数字滤波，计算瞬时心率，并在LED 数码管上显示出来。 5、报警参数设计，通过软件实现当心率输入大于某个固定值时，报警装置工作。二、总体方案论证采集到的心电信号有如下特点：信号弱、信噪比低、信号源阻抗大、电磁干扰大、信号频率低等特点，然后经过放大滤波电路，放大滤波电路由前置放大电路、后级放大电路、滤波及功率放大电路组成，此时得到的是放大的模拟信号，需要转换成数字信号，因此要再经过A/D 转换，得到数字信号，再经单片机系统处理，最终在LED 液晶屏上显示。总体方案设计流程如图所示

三、硬件电路设计（1）前置放大电路前置放大电路是心电信号采集的关键环节，由于人体心电信号十分微弱，噪声强且信号源阻抗较大，加之电极引入的极化电压差值较大，因此，通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、非线性度小、合适的频带和动态范围等性能。为达到心电放大器的上述技术要求，本设计选用了AD公司的仪表放大器AD620作为前置放大器的核心器件，并且采用了差动输入的方式。同时考虑到心电信号中混杂着比其幅度大得多的直流信号，太大的前置放大器增益会影响电路的直流稳定性，为了保证前置放大器不工作在截止区或饱和区，因此设计的第一级放大倍数为10倍，如下图所示（2））右腿驱动电路抗干扰电路的共模抑制比主要由心电前置放大器决定，而AD620的140dB（G＝10）的共模抑制比符合我们的设计要求。为了进一步提高前置放大器的共模抑制比同时抑制50HZ工频干扰，设计了由ＴＬ０８４以及Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５和Ｃ１构成激励系统电路。人体的共模电压被两个阻值相等的电阻Ｒ２、Ｒ３检测出，经过ＴＬ０８４将其倒相、放大并反馈到人体上。这是个负反馈，其使共模电压降低。人体的位移电流不流到地，而是流到运放输出电路。就心电放大器来说，这样就减小了共模电压的拾取，并且有效地使病人接地。 (3) 高通滤波电路由于电极极化电压的不平衡、前置放大器的失调漂移以及人体动作等因素，前置放大器输出的心电信号中除了夹杂不少工频干扰外，还有很大的直流或低频分

1心电前置放大电路设计

心电前置放大器设计报告姓名班级学号

目录 1、心电介绍 2、心电干扰 2.1 肌电干扰 2.2 交流干扰 3、心电采集电路设计思路 3.1 第一级差动放大 3.2 第二级低通滤波 3.3 第三级功率放大 4、心电采集电路及其仿真结果心电信号采集电路设计摘要：通过三导联采集人体的心电信号，然后三级放大，得到可以在示波器上较清楚显示的心电图。其中三级放大为：第一级是CMRR很大的差动放大器，此处采用仪用放大器AD620；第二级是二阶有源低通滤波器，所设计的截止频率为120Hz；第三级是二级放大电路，前一级是放大倍数固定为10的电路，后一级是

放大倍数可调的放大电路。一、心电介绍心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。此处我们采用三导联。二、心电干扰心电干扰分为两种，一种是肌电干扰，一种是交流干扰。肌电干扰一般是35HZ，交流干扰一般是50HZ。而心电信号的频率范围是在0.05-100HZ之间。所以肌电干扰和交流干扰极易混入心电信号，并被放大，需要对它们进行抑制处理，以保证心电图记录的质量。 2.1肌电干扰肌电干扰是指由于人体肌肉颤动所引起的噪声信号。这种噪声信号是不规则的。肌电干扰信号的频率在10-3000Hz之间，电压从几十微伏到几毫伏之间。在做心电图检查时，一般常见35Hz肌电干扰信号。它产生的原因主要有以下几个方面： 1．病人精神过于紧张，引起肌电干扰；2．环境温度过低，病人发冷寒颤，引起肌电干扰；3．病人活动或病床不舒适，引起肌电干扰；4．心电图机电极绑带或电极夹过紧，引起肌电干扰。 2.2交流干扰 1、50Hz交流干扰通常是指来自外界以及心电图机自身的电源50Hz交流干扰信号。这种干扰信号是规则的。50Hz交流干扰通常分为以下几种：[1]交流磁场干扰；[2]泄漏电流干扰；[3]阻抗耦合干扰；[4]静电干扰；[5]地环路干扰；[6]仪器内部50Hz干扰等等。 2、交流磁场干扰是指在人体附近存在的电流电路与病人回路之间通过电磁耦合而产生的交流磁场干扰。如：照明设备、沿天花板和墙壁及地面排布的电源线等设备产生的干扰磁场穿过一定面积的输入加路时，产生感应电动势并与心电信号叠加，造成干扰。 3、泄漏电流干扰是指因绝缘强度下降产生的泄漏电流而引起的泄漏电流干扰。如：在梅雨季节时，电源线、墙壁、及病床等因湿度增加而使其绝缘强度下降，

单级放大电路的设计和仿真

实验一单级放大电路的设计和仿真一、实验目的 1、掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法。 2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。 3、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。二、实验要求 1、设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。 2、调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。 3、加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 4、测电路的频率响应曲线和f L、f H值。三、设计原理图 Rb1=160kΩ,Rb2=80.6kΩ,Rc=2.2kΩ,Re=1.65kΩ,C1=C2=10uF,Ce=100uF,RL=3,9kΩ，R1=10Ω 四、实验过程 1、观测饱和失真、截止失真与不失真 <1饱和失真的观测使Rb1=51kΩ，用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=3.05334mA,IBQ=49.41790uA,VCEQ=130.534mV

静态工作点 <2截止失真的观测使Rb2=20.0k ，信号源电压峰值40mv，用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=418.088uA,IBQ=1.88563uA,VCEQ=10.382913V 不失真

静态工作点 <2不截止失真的观测用示波器观测波形，并做直流工作点分析。此时的静态工作点，ICQ=1.78125mA,IBQ=8.28494uA,VCEQ=5.18389V

十一组心电信号放大器设计完整版

设计报告书时间：2015-7-30 设计题目：心电信号放大电路

目录一、方案论证与选择 (3) 1、心电信号前置级放大电路 (3) 2、滤波器电路 (3) 二、设计总体方案 (4) 二、电路设计 (4) 1.心电信号前置放大电路 (4) 2. 高通滤波器 (5) 三、低通滤波器 (6) 四、50Hz 陷波器 (6) 五、测试方案和结果 (7) 1.proteus仿真结果图 (7) 2.测试仪器 (8) 3.测试条件和结果 (8) 2.测试结果分析 (9) 五、设计总结 (9) 附录 (9) 参考文献： (10)

心电信号放大器设计报摘要：心电信号等各种生理参数都是复杂生命体发出的强噪声条件下的微弱信号，其幅度在10uV-5mV 之间，经过放大1000多倍才能被观察出来。频率范围为0.05Hz -100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中。本设计根据心电信号特征设计一个性能良好的心电放大器,能够满足心电信号检测的要求。首先从人体体表采集心电电位的变化，经前置后，通过滤波和放大，得到的心电信号能够在示波器上显示出比较清晰的波形。在设计中采用低功耗、高精度的仪用放大器，即AD620作为放大器的前置级。经前置放大器后，运用低通和高通滤波器的串联，对心电信号有效频率外的干扰进行滤波。并且采用双T网络构成的陷波器，对50Hz的工频干扰进行抑制。最后通过一个主放大将心电信号进一步放大，便于后面波形的显示。关键词：心电信号；前置放大器；滤波；50Hz工频干扰一、方案论证与选择 1、心电信号前置级放大电路由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号，所以要求前置放大器应具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点，选择仪表放大器即可满足要求。考虑到要求高共模抑制比、高输入阻抗和调试方便，不使用采用集成运算放大器构成的仪表放大器，而是直接使用集成仪表放大器，本设计选用低成本集成仪表放大器AD620实现。 2、滤波器电路正常心电信号的频率范围为0.05~100Hz，而90%的心电信号频谱能量集中在0.25~35Hz之间。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 1）高通滤波器高通滤波器选择典型的压控电压源二阶滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。 2）低通滤波器