低成本心电放大器设计报告剖析

低成本心电放大器（交流供电）

设计与测试报告

作者姓名：凌伟

学号：3013202225

学院：精密仪器与光电子工程学院

班级：生物医学工程一班

指导教师：李刚

天津大学

2015年1月

1. 题目要求

交流供电低成本心电放大器：要求与主要技术指标： A. 输入电阻>5M B. 共模抑制比>80dB

C. 输出摆幅>2.5V （采用单片机采集时动态范围≧28）

D. 频带：0.05～75Hz

E. 具有光电隔离

F. 制作相应的稳压电源 2. 总体设计方案

整体电路设计框图如下：

其中前置放大电路中包含有高通滤波部分。220V 交流电经稳压电源整流滤波稳压后输出±Vcc ，为光电隔离后的电路供电；DC/DC 隔离电路将稳压后的±Vcc 隔离并输出±Vee 为前级电路供电。

总体电路实物图：

心电信号

220V 交流

3.单元电路设计

1.稳压电源

稳压电源包括变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。选用桥式整流电路，这儿选取元器件要注意二极管的极限电流和变压器的功率选择。流经每个二极管

的电流，变压器功率P=UI，由于电路中电流很小，变压器功

率选择成本最低的3W，整流二极管选用1N4007，该二极管主要参数：最大正向平均整流电流1.0A、最高反向耐压1000V、正向压降1.0V。

稳压电路选用三端集成稳压器7812和7912，用以稳定输出±12V，C1 C2是滤波电容，容值大小由充放电时间和输出波纹系数决定，一般取容值较大的电容，

此处耐压为15V，因此选取1000μF/25V的电容。C3C4作用是缓解负载突变、改善瞬态响应，这儿取220μF/25V。C5C6用来实现频率补偿、防止自激振荡、减少高频噪声，选取参数0.1μF/25V。

实物图：

测试结果：

如图，稳压电源能稳定输出﹢11.7V 、﹣11.8V ，此电压下运放能正常工作。

2. DC/DC 隔离电路

由于在电路中加入了光电耦合放大器，则前后级之间不能有任何电的连接，因此需要DC/DC 隔离电路为前级供电，而后级用稳压电源供电。

以下是一个隔离输出±12V 的芯片，然而在实验室为了实验方便，在测试光电隔离部分电路时我直接用电池为前级供电。

3. 前置放大电路

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;

心电图信号放大器

实验三心电图信号放大器采用自上而下的设计顺序，一般设计过程为： 1)确定总体设计目标； 2)方案设计；3)详细设计；4)调试；5)印刷电路板设计；6)整机测试。每个步骤不是完全独立的，在实际的设计过程中,各个步骤经常是交叉进行，特别是2)、3)、4)步。下面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，通过仿真计算，可发现设计上的错误或不合理之处，然后重新调整设计方案或修改电路元件参数，再仿真，直到设计电路的技术指标满足要求为止。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：0.032Hz～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 Avo=4?105,Ri≈4?1011Ω,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。

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：

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

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

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。

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，

心电信号采集电路实验报告

心电放大电路实验报告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。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。二系统设计

心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。三具体实现电路图如下：

1 导联输入：导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值及空间方向随时间变化的向量。放在体表的电极所测出的ECG信号将随不同位置而异。心周期中某段ECG描迹在这一电极位置不明显，而在另一位置上却很清楚。为了完整描述心脏的活动状况，应采用多电极导联方式测量心电信号，基于现在的实验条件及要求，选择3导联方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。 2 前置放大：（1）差动放大：如果将保护电阻直接接入后面的时间常数电路，其输入阻抗将大为减小，减低了心电图机的性能，若加入差动发大器，其差模输入阻抗为2Ri＋，共模输入阻抗为Ri ＋/2，增加了输入电阻，进一步抑制了电极噪声与50Hz干扰，提高了共模抑制比。考虑到前级存在极化电压，最大为300mV，此极放大增益不宜过高，大约定在6倍左右，选取R4=R5=24KΩ，R3＝10 KΩ，其增益为(R3+R4+R5)/R3=5.8。电路图如下所示：差动放大后信号与输入信号波形双综如下图所示：

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

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 +5V 电源

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。单片机LCD 液晶键盘

心电放大器要点

生物医学工程学院课程设计报告题目：心电放大器的设计指导教师：XXX 年级：XXX 专业：XXX 学号：XXX 学生姓名：XXX XXX 年 XX 月XX 日

心电放大器的设计摘要心电数据采集系统是心电图（即EGC）检查仪的关键部件。ECG 的幅值约为10uV~5mV，频带宽度为0.035Hz~100Hz，信号十分微弱。由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加上50Hz市电工作频率干扰以及体外环境噪声等干扰，使得微弱的心电波信号难以测量。我们根据心电信号的特点，设计了能够采集并放大心电信号的电路。本设计由前置放大器、带通滤波器、主放大部分、50Hz陷波部分、电平抬升加法器、方波整形输出电路共七个模块组成，实现了ECG检测。关键词：ECG 放大滤波设计原理图：

一、硬件电路设计方案论证 1.前置放大方案论证方案一：采用通用放大器OP07或OP37将提取出来的心电信号放大合适倍数，心电信号为毫伏级，设定输入信号的峰峰值为5mV，经过前置放大信号的峰峰值变为0.5V，此时的信号已不再是小信号，便于进行后续处理。方案二：采用仪表放大器AD620，AD620具有精度高、失调电压低、失调漂移低的特性，外部电路简单，且仅需在1和8之间跨接电阻，方便调节。综合比较，由于前置放大电路是本检测系统的重要模块，它具有高输入阻抗和低输出阻抗特性，为满足阻抗要求，有效放大信号，并具有温漂小、共模抑制比高的特点，故选择方案二。 2.带通滤波方案论证方案一：采用一片四运算放大器LM324，用简单的压控电压源二阶带通滤波电路虽然也能实现，但是性能比较普通。方案二：采用巴特沃斯滤波器，是一个二阶滤波器，电路原理简单，计算简单，滤波效果良好。综合比较，由于干扰比较大，需要比较好一点的滤波器，故选择方案二。 3.R方波整形方案论证

心电信号放大器设计

心电信号放大器设计一、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。 RARARA LA LALALLLLLLRL导联Ⅰ导联ⅡⅢ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、电压放大等电路。

模电——低功耗心电放大器设计报告

模拟电子电路设计 ——低功耗心电放大器设计报告学院：电气工程学院班级：姓名：学号：1412021061 日期：2016 .7.1

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