简易心电图仪报告

简易心电图仪 摘 要 本简易心电图仪由仪放大电路、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。 1 一、设计要求: 1. 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 通用 心电信号获取心电 示波器 信号 放大电路 2. 技术指标 制作一路心电信号测量放大器，其技术指标如下: (a) 电压放大倍数1000，误差正负5%。 (b) -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,。 (c) -3dB高频截止频率100Hz，误差正负10Hz，在200Hz 处衰减大于等于10dB. (d) 通带内响应波动小于等于3dB。 (e) 共模抑制比大于等于60dB.,实际测量, 2 (f) 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、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: 模后 仪示拟级 心电信号 表波滤放 放器波大 大显通电 示 器 道 路 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 3 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。 4 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 5 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，且R3理论值为1kΩ，实际制作时将R3设计成电位器，以便调试。 图7 后级放大电路 四、指标测试: 利用电阻将信号源产生的信号进行分压送入心电图仪中进行指标测试，测试结果如下: ,1,通带内增益及频率 频率 0.5 1 2 5 10 20 50 100 150 200 250 Hz 输入电压 ,mV, 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 输出电压 ,mV, 1000 1800 2240 2480 2560 2480 2160 2000 1440 1120 800 增益,V/ 倍数, 500 900 1120 1240 1280 1220 1080 1000 720 560 400 6 ,2,共模抑制比测试(当为60HZ时,: 共模放大倍数Avc和差模放大倍数Avd，则共模抑制比为: Kcmr=20lg(Avd/Avc) Avd=1160 Avc=3.85 所以 Kcmr=49.57dB 7 总结: 测试数据表明，本系统基本上达到题目设计的要求，能在示波器上清晰地显示人的心电信号，并实现了部分指标。但是由于时间紧迫，知识不足，发挥部分只做了第(2)(4)项，其中第(2)项完全达到了要求，第(4)项实现了实时显示，但未能完成波形的存储和回放功能。输出心电信号如附录中图4所示。 附录 图1 系统总电路图 8 精密放大调整电路，其功能是将信号放大100倍 输入信号波形 ,峰-峰值约为2.8mv, 9 输出信号波形 ,峰-峰值约为2.8v, 所以明显知道最后放大倍数为1000倍，所以很成功。 RR 心电图心电图 ~~仪系统仪系统 RR 此 处 不 接 地 图2 共模增益测试原理图 图3 差模增益近似测试原理图 10 图4 心电信号的示波器显示图片 元器件清单 元器件名称 型号 数量 LM358 2 运放 OP07 1 运放 LM324 1 运放 100k 2 电阻 25k 2 电阻 40k 4 电阻 8k 3 电阻 1k 1 电阻 100n 3 电容 电容 30u 1 。 11