低成本心电放大器设计报告.doc

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 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 总体设计方案 整体电路设计框图如下： LA RA RL 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： 单元电路设计 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。 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。 前置放大电路 如图，前级放大倍数不能太高，一般为10倍左右，第一级为并联差动输入，此处放大倍数。R4和R5用于取出共模信号至右腿驱动，之后接高通滤波，截止频率 ，则取R6=R7=10MΩ，C1=C2=0.33μF。之后再通过AD620放大，放大倍数为，其中=10KΩ。则前置放大级总的放大倍数为12倍。AD620是一个低成本高精度的仪器放大器，具有98dB的高共模抑制比，大于10MΩ的输入阻抗，因此符合本实验电路的要求。 实物图： 测试结果： 测试时输入端接信号发生器，其中一个输入端要接地，输入正弦信号，用示波器检测输出幅值。 频率/Hz 输入/mV 输出/mV 1 50 506.3 5 50 619.2 20 50 617.8 由于信号发生器和示波器都有带宽限制，所以1Hz的测试数据不可靠。 右腿驱动电路 实物图： 从前级放大里的R4R5检出共模电压，通过具有缓冲隔离效果的跟随器，经反相放大器放大，再通过电阻R1反馈到右腿，减少位移电流的干扰。 光电隔离电路 实物图： 测试结果： 实际使用的光耦是PC817C，传输正弦时发现会有一定时间延迟，但是线性度还好 低通滤波电路 低通滤波电路的理论电阻阻值为21kΩ，实验调试时为将截止频率调到75Hz，将电阻换成图中阻值的电阻。 实物图： 测试结果： 频率/Hz 10 40 75 100 输入/mV 52.22 53.06 53.06 53.06 输出/mV 51.48 45.14 37.22 25.3 50Hz陷波电路 实物图： 测试结果： 频率/Hz 47 50 53 输入/mV 51.48 51.48 51.48 输出/mV 35.24 7.52 31.28 仅保存了较早的实验图片和数据，实际实验中通过不断调整R1R2的阻值，使得中心频率在50Hz，再调节电位器，最好的时候在50Hz处能陷到原输入幅值的1/30，输出的心电基本没有50Hz的工频干扰。由于题中没有关于陷波带宽的要求，所以我的50Hz陷波适当将Q值降低，以获得更好的陷波效果。 后级放大电路 实物图： 测试结果： 测试时输入端接信号发生器，输入正弦信号，用示波器检测输出幅值。由于刚开始后级放大只放大了100倍，发现心电幅值很小，后来又逐渐增大放大倍数至266倍，于是仅保存了之前放大100倍的图片。 性能指标测试 12/10/2015测试结果：（第一次出心电！！！太感人了！！） 12/15/2015测试结果：50Hz干扰很严重 12/19/2015测试结果