简易心电图仪报告.docVIP

摘 要 本简易心电图仪由仪表放大电路、带通滤波电路、同相放大电路和通用示波器组成。本设计对采集的心电信号进行放大、滤波，最后将其清晰稳定地显示在双踪示波器上。 所设计的放大电路要求具有高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移，因此在放大电路中采用仪表放大电路提高系统的性能指标要求。 一、设计要求： 设计功能 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 技术指标 制作一路心电信号测量放大器，其技术指标如下： 电压放大倍数1000，误差正负5%。 -3dB低频截止频率0.05Hz（可不测，由心电信号放大器的电路设计，予以保证）。 -3dB高频截止频率100Hz，误差正负10Hz，在200Hz处衰减大于等于10dB. 通带内响应波动小于等于3dB。 共模抑制比大于等于60dB.（实际测量） 差模输入电阻大于等于5兆欧姆（可不测，由电路设计予以保证）。 二、方案设计: 1、理论分析与设计方案的选用 根据指标的要求，本系统可分为：直流稳压电源模块、输入导联模块、右腿屏蔽驱动模块、前置放大器模块、高通低通滤波及双T陷波模块、后置放大模块及波形实时播放模块（发挥部分）。 1、1 系统方案框图 基于以上分析系统方案框图如下图1所示： 图1 系统方框图 2、方案论证与比较 分析可知，简易心电图仪系统主要包括输入回路，前置放大模块、后级放大模块、滤波网络模块以及实时播放模块。设计重点在于前置放大模块，滤波网络模块。方案论证主要围绕这两个展开。 2、1 前置放大器模块 前置放大模块在整机中处于非常重要的地位，其性能决定了整机的主要技术指标。前置放大模块应满足高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移的要求。 方案一：采用常见的同相放大电路，对信号进行放大，但是此电路不是差动输入，也不适合小信号放大，也不能达到使电压放大倍数为1000倍的要求。 方案二：采用低噪声，高精度的运算放大器来构建放大电路。但是因器件参数的分立性，难以达到比较高的共模抑制比。 方案三：采用单电源工作的仪表放大芯片INA128。其具有良好的共模输入抑制能力，共模抑制比标称大于120dB，电路连接简单，只需一个外接电阻就可以调节增益，可以完成1～10000放大倍率的设定，其输入阻抗极高大约为10000MΩ。以上要求均可满足题目指标要求。 综合上述分析与比较，在前置放大模块选择仪表放大器INA128。 2、2 模拟滤波模块 由于题目要求信号频率在0.05Hz~100Hz频带内，所以本系统采用高通、低通滤波方法对心电信号作进一步的处理。 方案一：采用有源二阶滤波电路，该电路较复杂，且在截止频率附近增益难以控制，Q值不稳定，故不采用。 方案二：采用简单的一阶滤波电路，并在滤波电路与后级电路之间接入跟随器，以防止后级电路对滤波电路的影响，该电路既简单，又易于实现。故采用方案二。 三、单元电路的设计分析与计算 1、前置放大电路 前置放大电路有两部分构成：仪表放大电路（如下图2）构成心电信号放大器，两个OP07构成右腿屏蔽驱动电路（如下图3）。 接一个R13电阻就可以调节增益。增益外接电阻R13的计算公式为：Av1=1+50KΩ/Rg，第一级差分放大的增益不能太高，取Av1=10,则Rg=5kΩ。 图2 仪用放大器INA128 2、 模拟滤波通道 由于心电信号能量主要集中在0.05HZ-100HZ频带内，我们设计了高通、低通滤波电路。 （1）0.05HZ的一阶高通滤波电路 题目要求-3dB低频截止频率为0.05HZ , 本系统设计了如下图4所示电路。该电路滤波截止频率计算公式为f=1/2πRC,这里取R=1MΩ,C=3μF。通带放大倍数Au≈1。 图3 一阶高通滤波电路 （2）100HZ的一阶低通滤波电路且在200HZ处衰减大于10dB 同高通滤波电路原理相同，为满足100HZ的截止频率，该公式f=1/2πRC,这里取R=8KΩ,C=100nF。为了实现在200HZ处衰减大于10dB,则串联三个相同的低通滤波电路。通带放大倍数Au≈1。电路如下图5所示。 图5 一阶低通滤波电路 3、后级放大电路 后级放大我们选用低噪声集成运放LM358AD构成一个同相比例放大电路（如图7），其放大增益Av=1+R8/R1,由于前级放大的倍数Av1=10，所以在此Av2=100