心电信号放大电路

一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
心电信号采集放大电路是一种将人体心脏电信号放大的电路，一般采用放大器、滤波器、隔离器等组成。

以下为一种简单的设计方法：
1. 选择放大器芯片
选择一个合适的放大器芯片，一般选用高质量低噪声的运放芯片，如AD620、AD8226等。

这些芯片具有高增益、低噪声等特点，适合于心电信号的放大。

2. 设计放大器电路
使用选择的芯片设计放大器电路，将心电信号输入放大器的非反馈端，输出连接到反馈端。

可以根据需要调整电阻和电容值来获得合适的增益和滤波效果。

一般放大倍数在100-1000之间。

3. 加入滤波器电路
由于心电信号存在很多干扰信号，所以需要加入滤波器来滤除掉干扰信号，使得输出信号更加可靠。

常用的滤波器如低通滤波器、带通滤波器等。

4. 设计隔离器电路
为了避免放大电路与其他电路之间的交叉干扰，需要加入隔离
器电路，将输入和输出信号隔离开。

一般采用光电耦合器或变压器等。

5. 验证电路性能
制作完成后，需要对电路的性能进行验证。

可以使用示波器、信号发生器等测试设备来检测电路的增益、频率响应等性能参数，以确保电路可靠度、准确性和稳定性。

通过以上简单方法，可以设计一款高质量的心电信号采集放大电路。

本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全·新型心电信号前置放大电路设计张磊．张辉（安徽大学大学计算机教学部，安徽合肥２３００３９）摘要：基于经典的仪表放大器基本框架，改选和设计了一种可用于心电信号采集的前王放大器。

根据心电信号采集的特点，通过增加射频滤波器、右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等措施，提高了放大器的共模抑制比，对被洲的人体具有更安全的保护作用。

结果表明该放大器在频率响应特性、共模抑制比等性能参数方面符合标准，可用于ＥＣＧ监护仪中。

关键词：心电图；放大器；共模抑制比；增益；滤波中图分类号：删２文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）０１－１００４１－０４ＮｅｗＤｅｓｉｇｎｏｆＰｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒＣｉｒｃｕｉｔｆｏｒＥＣＧＳｉｇｎａｌＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＨｕｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｌｌｅｇｅＣｏｍｐｕｔｅｒＴｅａｃｈｉｎｇ，Ａ１１ＩｌｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ２３００３９，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｅＵＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｌａｓｓｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＥＥＧｓｉｇｎａｌｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄｄｅ—ｓｉｇｎｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅＥＣＧｓｉｇｎａｌｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｗｅａｄｄｒａｄｉｏｆｉｌｔｅｒ，ａｌｉｇｈｔ—ｌｅｇ—ｄｒｉｖｅｎｃｉｒｃｕｉｔ、ａｈｉｇｈ—ｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ、＾，ｉｄｌＣＭＲＫｏｆｔｈｅｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｈｉｇｈｅｒａｎｄｓａｆｅｒｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄｐｅｒｓｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｒｅｖｅｒｓｅｆｅｅｄｂａｃｋａｎｄｏｎ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄＣＭＲ．Ｒ．ｍｅｅｔｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ，ｍａｋｉｎｇｉｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＥＣＧｍｏｎｉｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ；ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ；ｇａｉｎ；ｆｉｌｔｅｒ１引言心电信号是在心脏有规律地收缩和舒张过程中，心肌细胞产生的动作电位综合而成的电信号。

新型心电信号前置放大电路设计
摘要：基于经典的仪表放大器基本框架，改进和设计了一种可用于心电信号采集的前置放大器。

根据心电信号采集的特点，通过增加射频滤波器、右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等措施，提高了放大器的共模抑制比，对被测的人体具有更安全的保护作用。

结果表明该放大器在频率响应特性、共模抑制比等性能参数方面符合标准，可用于ECG监护仪中。

关键词：心电图；放大器；共模抑制比；增益；滤波
中图分类号：TP342文献标识码：A文章编号：1009－3044(2008)01－10041－04
(责任编辑：背包走天下)。

《模拟电子技术》教案实验八心电放大电路分析与仿真【教学主要内容】心电放大电路分析与仿真【教学目的与要求】1、分析并仿真心电放大电路；2、爱护工具、器材、整理、清洁、习惯与素养。

【教学重点与难点】重点：1、运算放大器的性能特点及理想运算放大器的特点；2、同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系；难点：1、用multisim软件对电路进行仿真实验；2、同相和反相比例运算电路的电路组成和比例运算关系；3、运算放大器的性能特点及理想运算放大器的特点。

【教学准备】机房、教案、授课计划、教学大纲等【教学后记】【复习旧课】（5分钟）1、整理课堂秩序【引入新课及讲授新课】（65分钟）1、人体心电信号的特点：1）、信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号。

2）、心电信号通常比较微弱，至多为mV量级。

3）、属于低频信号，且能量主要在几百赫兹以下。

4）、干扰特别强。

5）、干扰信号与心电信号本身频带重叠。

2、采集电路的设计要求1）、信号放大时必备环节，而且应将信号提至A/D输入口的幅度要求，即至少为V 的量级。

2）、应尽量削弱工频干扰等影响。

3）、应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题。

4）、信号频率不高，通频带通常是满足要求的，但应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。

一、实验步骤1 采集电路设计分析过程1．1 前级放大电路设计由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：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。

为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。

AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。

燕山大学课程设计说明书题目：心电放大电路课程设计学院（系）：燕山大学里仁学院年级专业： 09生物医学工程学号： 0912******** 学生姓名： ***指导教师： ***教师职称： ***摘要心脏是人体循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。

在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。

在人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。

本文分析了体表心电信号的特征。

心电信号的各种生理参数都是复杂生命体(人体)发出的强噪声条件下的弱信号(除体温等直接测量的参数外)，心电信号的幅度在l0µV～4mV之问，频率范围为O.05 ~ 100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中，检测过程及方法较复杂。

去除信号检测过程的干扰和噪声、进行心电信号的分析是心电仪器的重要功能之一，心电信号的放大质量直接影响着分析仪器的性能和对人体心脏疾病的诊断。

本文设计了一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，·采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，并且利用软件对相应的电路进行仿真，仿真结果表明电路的放大滤波性能很好，硬件电路搭建后的实验结果也表明，电路能够很好地完成人体心电信号的检测放大。

关键字：放大器心电信号第一章绪论 (1)第二章设计基础2.1 心电信号特征分析 (2)2.1.1 心电信号时域特征分析 (2)2.1.2 心电信号的电特征分析 (3)2.2 心电信号的噪声来源 (5)第三章电路设计3.1 前置放大电路设计 (7)3.2 一阶高通滤波器电路设计 (8)3.3 一阶低通滤波器电路设计 (9)3.4 50Hz干扰信号陷波器设计 (9)3.5电压放大器设计 (13)第四章Multisim仿真 (14)总结 (16)参考文献 (17)答辩记录及评分表 (18)附录 (19)第一章绪论1人体生物信息的基本特点人体的生物信号测量的条件是很复杂的。

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：≥10MΩ共模抑制比：K cmr≥60dB频率响应：0.05-100Hz信噪比：≥40dB4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。

实验报告指导教师：实验地点：实验时间：一、实验室名称：医疗仪器实验室二、实验项目名称：心电信号的采集及前置放大三、实验学时：2学时四、实验原理：心电信号的采集使用了标准I导联，电路中RL、RA、LA三处为三个音频插座，由三个心电电极夹接入，分别夹在右腿、右手、左手。

由右手与左手输入的信号经AD620差动放大，得到心电信号。

夹在右腿的电极起到一个反馈作用，向身体输入信号，起到平稳心电信号的作用。

电路中的普通运放有两个，所以采用了二运放芯片NE5532。

使用的医用放大器芯片AD620是一款经常使用的医用放大器芯片，其特点是精度高，放大倍数准确，能够将十分微小的信号放大，常用于医用仪器的设计。

AD620的放大倍数由RQ1到RQ4控制，G=(49.4kΩ/R G)+1。

五、实验目的：1．初步学会人体心电的测量方法。

2．学习使用较为精密的医用放大器芯片。

六、实验内容：调试心电测量电路，测量人体心电，观察标准模块输出，自行制作模块观察效果区别。

七、实验器材（设备、元器件）：心电采集实验箱、电脑、心电电极夹、电阻、AD620、NE5532，连接线、电烙铁、电路板制作工具、螺丝刀八、实验步骤：1．利用板上的信号源调试电路（1）利用板上的电源为模块供电。

（2）利用板上的信号源为模块提供信号。

（3）用示波器观察模块信号输出端，查看波形。

2．测量人体的心电（1）将底板上的开关拨到ECG端。

（2）连接心电电极夹。

（3）检测人体心电并用示波器观察输出波形。

3.自制模块根据实验提供模块电路原理图自制PCB图，制作模块取代标准模块重复实验。

九、实验制作电路及观测结果分析：1．实验原理图：图 1.1 Altium Designer原理图图1.2 PCB版图2．仿真结果图在输入部分通过函数发生器模拟生理信号，对电路进行仿真查看结果图2.1 加入了函数发生器和模拟示波器后的结果通过仿真结果可以看出RA、LA分别加入了30mv和40mv的正弦信号，在示波器结果中可以看到输出信号约为106.903mv, 放大倍数约为10.7，与实验理论值的放大倍数10.6接近，能够达到预期的效果3．结果分析：心电信号前置放大电路模块实物如下图所示。

心电检测前置放大电路
DC-DC CONVERTR
一． 特点
1、如图，此电路是由ISO122与INA115等组成的人体心电检测电路，该电路完全可达到医疗器械使用要求，
即输入阻抗电、漏电流小、检测精度高和人体安全等指标；
2、 输出信号由ISO122隔离传输到后置放大电路，实现人体信号与输出及电源的隔离放大, 采用隔离型
DC-DC 模块供电可有效非曲直抑制周围环境的电磁干扰和消除接地环路等，推荐我公司的 6000VDC 隔离系列产品（其隔离电容值极低，仅≤10pF ） 二．DC-DC 电源模块选型表
推荐方案
隔离耐压6000VDC 系统 电源
型号
封装
5V
G0515S-1W G0515D-1W 普通SIP 普通DIP 12V
G1215S-1W G1215D-1W 普通SIP 普通DIP 15V
G1515S-1W G1515D-1W 普通SIP 普通DIP 24V
G2415S-1W G2415D-1W
普通SIP 普通DIP
二.注意事项:
z以上方案是假设隔离放大器的工作电压为±15V的条件下作出的，若放大器的工作电压为±5V或±9V或±12V，只要选我公司的相应输出电压的电源模块即可。

z如负载功耗较大可选择我公司2W的产品。

z DC-DC输出端外接滤波电容C2、C3其容值不能太大，一般不应超过1µF，否则易引起DC-DC启动不良。

z为了进一步降低系统功耗，请尽量选择低功耗的元器件。

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。

模电大作业（二）心电信号放大电路的设计一：问题背景及总体思路：1，心电信号的特点及检测心电信号十分微弱，幅值约20μV到5mV，频率在0.05Hz-100Hz 之间，能量主要聚集在17Hz附近。

所需放大倍数大约在1000-10000倍。

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，主要是电源工作频率(50Hz)的干扰，临床上一些操作设备工作频率的干扰等，在这里我们主要考虑电源工作频率的干扰。

电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。

由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上，而且KCMR也要在80dB以上。

2，设计要求及结构组成根据以上特点对心电信号放大器的要求是需要有高输入阻抗、高增益，高共模抑制比、低噪声，低漂移以及合适的通频带等。

根据题目要求，我们可以用高通滤波器、低通滤波器来保证信号带宽为0.1HZ-100HZ之间；三运放仪表放大器保证输入阻抗≥1MΩ，共模抑制比K CMR≥80dB；双T带阻滤波器用来消除50HZ工作频率的干扰；最后的电压放大器则保证了电路总增益在60-80dB之间可调。

二：电路组成：1，100Hz低通滤波器在这里我们将其内在两个电阻并联，并将电容接在运放的正相端，因为电容具有隔直通交的特性，对低频信号，电容相当于开路，信号无损输入正相端，随着频率增大，部分信号通过电容流向了地，频率越高，电容相当于短路，大部分高频信号流入了地，只有低频信号才通过正相端。

此时呈现一种通低频阻高频的特性。

取1216,10R k R k =Ω=Ω，nF C 1001= 其截止频率：011199.471002f Hz Hz R C π==≈ 仿真电路为：波特仪显示如下：2, 0.1Hz 高通滤波器直接将输入信号经过一个电容，当输入信号频率过低时，电容相当于断路，当输入高频时，电容相当于短路。

基于集成运放的心电信号放大电路设计与仿真曾伟【摘要】心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物电信号之一，对于心电信号的研究，首先要从人体采集心电信号。

由于采集到的心电信号比较微弱，所以在处理心电信号的过程中需要一个放大电路来放大信号的幅值以便做后续的信号处理。

文中应用集成运算放大器设计了一个可用于心电等微弱信号的后置放大电路，并运用Protel99SE软件对该电路进行性能仿真，并对仿真的结果进行分析，从分析结果中可知该电路可以达到放大心电信号所需要的电压增益。

% The ECG is one of the bioelectrical signals that are researched and used in clinical medicine early. Before we want to study it, the first thing is obtaining the ECG from the body. The ECG is very weak, so an amplifier circuit should be designed to amplify its amplitude for signal processing later. In the article, the ECG amplifier circuit was designed using integrated operational amplifier and it was simulated using the software Protel99SE, then, the results of Simulation were analyzed. The circuit can amplify the ECG as we hope it.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】2页(P32-33)【关键词】Protel99SE;集成运算放大器;心电放大电路;仿真【作者】曾伟【作者单位】四川理工学院,四川自贡643000【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言心电信号是心脏电活动在人体体表的表征信号，信号比较微弱，常规的心电信号的电压幅值范围为10μV～5mV，频率范围是0.05Hz～100Hz。