心电放大器设计 5050809383

体表心电放大器的设计一、系统框图设计本电路设计主要由五部分组成：前置放大电路，高通滤波电路、50Hz陷波电路、低通滤波电路和主放大输出电路。

系统框图如下图所示：图1 心电放大器系统框图从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路，被处理后的信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。

这时候的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰，可通过相关的信号调整电路对其进行处理。

二、各部分电路1、前置放大电路前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性。

除了要求精度高稳定之外，根据心电信号的特点，本次实验设计的前置放大电路如下图所示：图2 前置放大电路所以设计出的前置级放大倍数为：AA dd≈10002、高通滤波电路由于心电信号微弱，需要多级放大，而多级直接耦合的直流放大器虽能满足要求，但多级直接耦合的直流放大器容易引起基线飘移。

此外，由于极化电压存在的缘故，动态心电图机的直流放大器更不能采用多级直接耦合。

本装置中，在两级放大器之间采用RC耦合电路，即时间常数电路，在隔离直流信号的同时达到高通滤波的效果。

我们取时间常数约为3.2s，这样可确定电阻、电容值，在两级之间组成高通滤波器。

可得转折频率为：本设计采用的高通滤波电路为二阶压控电源型高通滤波器拓扑结构，其电路图如下图所示：图3 高通滤波器电路图3、50Hz陷波电路心电信号由于频率低、信号小、因此50Hz的工频干扰特别严重。

工频干扰信号通过周围仪器设备以及人体内的分布电容混淆在心电信号之中，影响测量效果。

为了去除人体或者测量系统中的工频50Hz干扰，需要用带阻滤波器（即陷波器）予以抑制。

由于50Hz工频干扰是心电信号中的主要干扰，并且它的频率正好处在0.05～100Hz的频带范围之内，再加上其它的不稳定因素，剩余的工频干扰信号还比较强，因此，必须设计相应的电路将它们滤除。

所以，为了将心电信号频带范围之内的50Hz工频干扰信号滤除，同时保证其它信号毫无衰减地通过，在本系统中必须设计一个陷波器（即带阻滤波器），它负责完成抑制50Hz工频干扰信号，而让其他频率通过。

电子线路CAD短学期设计报告学院：电子信息学院学号： ********班级： 15040211姓名：***日期： 2017年3月11日一、实验目的通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。

二、实验原理设计一个心电图信号放大器。

已知:(1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。

(2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。

(3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。

1、确定总体设计目标由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。

由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。

另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。

因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：差模电压增益：1000(5V/5mV)；差模输入阻抗： >10MΩ；共模抑制比：80dB；通频带：0.05Hz～250Hz。

2、方案设计根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。

第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。

其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。

因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。

3、详细设计根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。

A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=-R6/R4=1.6。

2011 ~ 2012 学年第二学期《心电放大器的设计》课程设计报告题目：心电放大器的设计专业：电子信息工程班级： 10信息本1 姓名：李闯鲍学贵张力王群陈浩马力余国军朱郑指导教师：倪琳电气工程系2011年5月12日1、任务书摘要心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。

据统计，心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病，世界上心脏病的死亡率仍占首位。

因此，对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视，准确地进行心电信号提取，为医生提供有效的辅助分析手段是重要而有意义的课题。

随着电子技术的迅速发展，医用电子监护系统近年来己在临床诊断中逐渐应用。

针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。

设计一种用于心电信号采集的电路。

人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。

为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。

目前对心电信号的降噪有多种方法，本文主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。

关键词：心电信号采集，降噪，多级放大，电源电路目录第一章绪论 (5)第二章研究基础 (6)2.1 人体心电信号的产生机理 (6)2.2 ECG的作用第三章硬件电路设计 (7)3.1 心电信号采集电路的设计要求 (7)3.2 心电采集电路总体框架 (7)3.3 采集电路模块 (9)3.3.1前置放大电路设计 (9)3.3.3滤波电路设计 (11)3.4电平抬升电路 (14)3.5 心电信号的50Hz带阻滤波器设计 (14)3.6电源电路设计 (15)第四章仿真 (7)第五章结论 (7)第六章参考文献 (7)第七章附录 (7)第一章绪论心脏是人体血液循环的动力泵，心脏搏动是生命存在的重要标志，心脏搏动的节律也是人体生理状态的重要标志之一。

心脏的基本活动包括电活动和机械活动，每个心动周期都是电活动在前，机械活动在后。

心电信号是心脏电活动的一种客观表示方式，是一种典型的生物电信号，具有频率、振幅、相位、时间差等特征要素，比其他生物电信号更易于检测，并具有一定的规律性。

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。

交流心电放大器设计报告天津大学生物医学工程王博一概述心脏是循环系统中重要的器官。

由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。

心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。

心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。

如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

基本心电图如上所示，包含如下几个波段：P波――两心房除极时间P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间QRS波群――全心室除极的电位变化ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间T波――快速心室复极时间普通心电图有一下几点用途1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。

2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。

3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。

4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。

5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。

6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。

本设计由于采用交流供电，其实际意义在于用在，心电监护以及心电的静态检测方面，因此在设计上就力求全面反应各个波段上的电位情况，并尽量减少噪声，以达到国家基本心电图机要求二系统设计心电信号十分微弱，频率一般在0.5—100Hz 之间，能量主要集中在17Hz 附近，幅度大约在10uV （胎儿）～5mV （成人）之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。

而50hz 工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作，以下便给出一个整体化框图，力图从多个方面削减这些干扰三 具体实现 Vi+V O Vi －RL1 导联输入：导联线又称输入电缆线。

一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
黄进文
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)7
【摘要】心电信号属干扰较强的微弱生物医学信号,对其采集放大电路的要求往往较高.以AD620及OP07为核心,加上适当的反馈型噪声抑制单元,设计了一种简单的心电信号采集放大器,其电路功耗小、灵敏度高,通过后续进一步的信号数字调理,该电路容易实现基于移动式心电信号的采集放大.讨论并实验了全部的电路功能,并运用该电路采集到了符合要求的心电信号,是一种实用的心电信号前端采集放大电路.
【总页数】3页(P104-106)
【作者】黄进文
【作者单位】保山师范高等专科学校,云南,保山,678000
【正文语种】中文
【中图分类】TN710
【相关文献】
1.一种低噪声心电信号采集模拟前端电路设计 [J], 张瑛;耿萧;李鑫;李泽有
2.一种用于心电信号采集的滤波电路 [J], 吴海锋;许锋;曹毅;章克信
3.一种心电信号采集电路的设计 [J], 李志坚;黄国明;肖熙吉;吴伶锡
4.一种医学动物实验心电信号采集设计方法 [J], 赵章红;杨阳;张样平;王扎根
5.一种简单的频带补偿放大电路 [J], 唐新建
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

心电放大器（交流供电）设计报告3004202336-1-张路遥技术指标：输入阻抗>1MΩ输入端短路噪声电压峰-峰值（P-P）<=10uVCMRR>=60db电压增益：>=1000倍50HZ干扰抑制滤波器：>=20dB带宽：0.05HZ~40HZ（以10HZ为基准，+0.4dB,-3.0dB）前言：在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。

由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。

心脏是循环系统中重要的器官。

由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。

心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。

心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。

如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

图1标准的心电图心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面：(1)分析与鉴别各种心律失常。

(2)查明冠状动脉循环障碍。

(3)指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。

(4)了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。

(5)心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。

本设计为交流供电的心电放大器，是适用于临床监护的普通心电图机。

系统设计：总体介绍心电信号十分微弱，常见的心电频率一般在0—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几十千欧以上。

在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极极化电压引起基线漂移，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz 以上)，临床上还存在高频电刀的干扰。

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。

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1. 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>80dBC. 输出摆幅>2.5V （采用单片机采集时动态范围≧28）D. 频带：0.05～75HzE. 具有光电隔离F. 制作相应的稳压电源 2. 总体设计方案整体电路设计框图如下：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：心电信号220V 交流3.单元电路设计1.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。

2. 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。

高性能心电放大器的硬件设计摘要本硬件电路设计主要用于实现心电信号放大与调理。

心电放大器主要由前置级、光电耦合级、后级放大滤波电路和50HZ陷波器等四部分组成。

从体表获得心电信号后，通过心电导联输入心电放大器。

心电信号首先经过前置放大器放大。

为了提高前置放大器的共模抑制效果，前置放大器采用了右腿驱动技术及屏蔽驱动技术。

为防止过高电压、电流对人体及仪器造成危害，在前放的两输入端设置了保护电路。

前置级和后级放大滤波级之间设置有隔离级，整个隔离级采用了浮地形式和光电耦合隔离技术，这一级的设置实现了人体与电气的隔离，不但保障了人体的绝对安全，而且消除了地线中的干扰电流。

信号经过隔离后进入后级滤波放大电路，滤除高频干扰后，再经一个50Hz陷波器进一步抑制工频的干扰。

实验结果表明，以LM358型运放构成的前置放大器、一阶有源高通、二阶有源低通滤波器和光电耦合器为主要部件的高性能心电放大器可实现输出电压高增益、低噪声、高灵敏度、保证心电信号清晰稳定、满足临床监护以及病理分析的要求。

关键词心电放大器，前置放大器，光电耦合器，带通滤波器，带阻滤波器THE HARDWARE DESIGN OF HIGH-PERFORMANCE POWER ELECTROCARDIOGRAM AMPLIFIER(ECG)ABSTRACTThe hardware circuit design primarily for the achievement of heart electrical signal enlarged and management. Electrocardiogram Amplifier (ECG) is primarily made up of preamplifier, PV coupling class, band-pass filter and back amplifier circuit and a 50Hz noise rejector. The electrical signal which is obtained from the skin surface imported heart amplifier via the electrocardiac lead. The heart electrical signal is firstly enlarged by the preamplifier.In order to enhance the total modules contain ,the preamplifier used right leg drive driven technologies and shielding technology . To prevent excessive voltage and current from harming to the human body and equipment, the protection circuits are setted before the preamplifier.There is seclusion circuit between the preamplifier and band-pass filter and back amplifier circuit. The seclusion class adopts a floating ground forms and PV coupling separation technology. This level separate the human body and electrical. Not only absolute guarantee human security, but eliminate the interference of the earth currents. After separated, the signal imports band-pass filter and back amplifier circuit in order to separate high-frequency interfere, and then through a 50Hz noise rejectorfinally to separate industrial frequency.The design of Electrocardiogram Amplifier (ECG) is mainly consisted of a preamplifier and a band-pass filter circuit, which is made up of two LM358 and four HA17741 operational amplifiers, two photoelectric coupler ,some resistances and capacitances. Experimental results show that it can achieve high gain, high sensitivity and low noise. It can make electrocardiogram stable and clear.KEY WORDS Electrocardiogram Amplifier (ECG), Preamplifier, Photoelectric coupler，Band-pass filter，Noise rejector目录前言 (1)第一章系统简述 (2)§1.1 有关心电检测中的主要概念 (2)§ 1.1.1 心电图 (2)§ 1.1.2 心电导联 (3)§1.2心电信号的基本特征 (4)§1.3 心电放大器的设计要求 (5)§1.4 总体电路框图 (7)第二章高性能心电放大器电路设计 (9)§2.1 心电放大器前置级原理和电路 (9)§2.1.1 采用非仪用放大器进行设计-三运放差分放大电路. 9 §2.1.2 采用仪用放大器进行设计 (11)§2.1.3 方案选择 (16)§2.2 心电放大器的后级放大滤波电路 (16)§2.3 双T有源带阻滤波器 (21)§2.4 隔离级设计 (22)§2.4.1浮地设置 (23)§2.4.1 光电耦合级 (23)§2.5 保护电路 (27)§2.6 共模信号抑制电路 (28)§2.6.1 共模信号抑制 (28)§2.6.2 共模抑制电路的设计 (28)§2.7 心电放大器整体电路图 (29)§2.8 运用Protel 99 SE进行的PCB板制作 (30)第三章电路在EWB中的模拟仿真 (31)§3.1 单元电路仿真 (31)§3.1.1前置放大级的仿真 (31)§3.1.2 后级放大滤波电路 (31)§3.1.3 50HZ陷波器 (33)§3.2 整体电路仿真 (33)§3.2.1电路共模抑制比的测量 (33)§3.2.2 电路滤波效果 (34)§3.3 仿真结果 (35)第四章心电放大电路硬件电路的调试 (36)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (40)附录 (41)前言当前社会,心脏病等心血管导致的死亡人数不断增多，给全世界人民造成了极大的威胁,号称“头号杀手”。

心电信号放大器设计首先，心电信号放大器的设计需要选择合适的放大器电路结构。

常用的放大器电路结构有运算放大器反相放大器电路和差分放大器电路。

运算放大器反相放大器电路通过负反馈调节放大倍数，能够有效地抑制噪声，但需要注意其供电电压和输入电压的范围。

差分放大器电路可以消除共模干扰，适用于高精度的心电信号放大器设计。

其次，心电信号放大器的设计需要选择合适的放大倍数。

心电信号的幅值通常很小，一般在几微伏到几十微伏之间。

为了能够观测和分析心电信号，通常需要将其放大数倍。

但是放大倍数过大会使得放大器对干扰信号更加敏感，因此需要在放大倍数和信噪比之间进行平衡。

此外，心电信号放大器的设计还需要考虑到信号频率范围。

心电信号的频率范围通常在0.05Hz到100Hz之间，因此放大器的截止频率应该在这个范围内。

为了防止高频噪声的影响，可以在放大器电路中添加低通滤波器来滤除高频噪声。

另外，心电信号放大器的设计还需要考虑到输入阻抗和共模抑制比。

输入阻抗应该足够高，以确保不损失心电信号的幅值。

共模抑制比指的是放大器对共模干扰的抑制能力，应该足够高以保证仪器的精度和准确性。

最后，心电信号放大器设计还需要考虑到安全性。

心电信号放大器通常需要与人体接触，因此必须满足医疗器械的安全标准。

设计中需要考虑到输入信号的电离辐射、耐久性和防护等因素，并采取相应的安全措施。

综上所述，心电信号放大器设计需要考虑到放大器电路结构、放大倍数、频率范围、输入阻抗、共模抑制比和安全性等因素。

通过合理的设计和调试，可以得到准确、稳定且安全的心电信号放大器，为心电信号的观测和分析提供有力支持。