脑电交流放大器设计报告.doc

脑电交流放大器设计报告 生物医学工程一班 王秋殷 3004202331 （一）设计目的及意义： 脑电信号的幅度范围为10～100微伏，频率在0.5～30Hz之间，属于差模信号 脑电图的波形并不是规则的。将EEG从时域和振幅上加以区分则可分为以下几种基本规律 1.δ波:频率为0.5Hz-4Hz，成人在清醒的情况下很少见δ波，它一般在睡眠时出现，但在深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时也可出现。 2. θ波:频率为4-7Hz，在困倦时一般是可见的，它的出现是中枢神经抑制状态的表现。另外，许多脑疾病患者，都可找到θ波。 3. α波:频率为8-13Hz，在枕叶及顶叶后部记录到的α波最为显著。α波在清醒安静闭目养神时即出现，波幅是由小到大，又由大到小的缩型模式。睁眼、思考问题时或接受其他刺激时，“波消失，而出现其它快波”，这一现象称为波的阻断。当受测者重新安静闭目时，α波又会重新出现。 4. β 波:频率为14-30 Hz,振幅低于安静闭目时，主要集中在额叶出现。如果被测者睁眼视物，听到突然的声音或进行思考时，皮层的其他部位也会出现β波。所以β波的出现一般代表了大脑皮层的兴奋。随着年龄的增长β节律会逐渐的增多，但到了老年又会减少。 5. γ:频率为35Hz以上，该波的出现代表了大脑皮层的高度兴奋。 在以上各波中，δ和α波称为漫波，β和γ波称为快波。依年龄不同其基本波的频率也不同，如三岁以下小儿以δ波为主，三到六岁以α波为主，随年龄增长，α波逐渐增多，到成年人时以α波为主，但年龄之间无明确的严格界限，如有的儿童四，五岁枕部α波己很明显。正常成年人在清醒、安静、闭眼时，脑波的基本节律是枕部α波为主，其他部位则是以α波间有少量慢波为主。判断脑波是否正常，主要是根据其年龄，对脑波的频率、波幅、两侧的对称性以及慢波的数量、部位、出现方式及有无病理波等进行分析。 脑电图的波形随生理的情况变化而变化，一般来说，当脑电图由高振幅的慢波变为低振幅的快波，兴奋过程加强;反之，当脑电图由低振幅的慢波变为高振幅的慢波时，则意味着抑制过程的进一步的加剧，通常频率慢的波振幅比较大，而频率小的波则振幅比较小，而且其频率随年龄的增加而增加，幅度随着年龄的增加而减小。脑电信号的这种频率成分称为脑电信号的节律，临床应用中根据脑电图的节律的变化可以对脑部疾病及神经系统疾病(如急性中枢神经感染、颅腔内肿瘤占位性病变、脑血管疾病、脑损伤及癫痛等)作出正确的诊断。对临床诊断有极大的辅助作用及应用价值 根据数据，脑电成分的主要频率大概集中在5~30Hz以内，包括βαθδ四种波。此次欲设计的病房监护用脑电图机。应时对患者的脑电变化情况进行监测。 脑电信号检测属于微弱信号检测，一般信号的放大倍数要达到20000倍以上，同时也需要较高的共模抑制比，一般应在120dB以上，输入阻抗也要求较高，至少应大于应10M欧，同时应采用浮地跟踪电路提高共模抑制比。信号在传递过程中，不是利用一个公共的接地点逐级的往下面传送，而是利用光电耦合进行隔离。信号从浮地部分传递到接地部分，两部分没有电路上的直接联系，通过底线产生的漏电流完全被抑制，进而保证被测者人身的安全。 （二）脑电监测系统的总体设计： 脑电信号主要集中在0.5~30Hz的范围内，其平均幅度为50μV，为了达到伏的量级，因而要求放大20000倍左右。我得设计中，选择放大倍数为20000倍。由于为交流供电，所以设置电源转换电路，为滤出电路中的50Hz工频干扰而采用陷波器，为保证人身的安全而采用光电隔离装置及右腿驱动电路，为滤出干扰信号而采用高、低通滤波器，并考虑到电路中的共模干扰而采用驱动屏蔽等方法。 下图为脑电放大电路的总体设计图： 各部分电路图如下： 1.电源转换电路： 因采用交流供电，所以采用如下图所示的电源转换电路。其中二极管为IN4148，同时采用稳压模块MC7805和MC7905进行稳压。 2.放大电路： 脑电信号检测属于微弱信号检测，一般信号的放大倍数要达到20000倍以上，同时也需要较高的共模抑制比，一般应在120dB以上，输入阻抗也要求较高，至少应大于应10M欧。因此为了满足要求，本设计中采用两级放大，分别置于光电隔离电路前后。其中前级放大为200倍，主要有仪用放大器MAX4194完成；后级放大25倍（在滤波器部分放大4倍），为了减少因放大倍数过大而引起的失真，采用两个反向放大器，一个固定放大倍数为10倍，另一个放大倍数由2～10倍可调. 2.1前置放大器 下图为前置放大电路原理图：其放大倍数为200倍，差分电路放大倍数为3倍，AD620芯片放大倍数为为103倍。 在电路的输入部分，先采用驱动屏蔽，消除共模干扰驱动信号取自后面的差分电路。然后是输入保护电路，防止输入电压过的信号烧毁电路。其中，二极管采用IN4148。紧接着是无