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昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（2016 —2017 学年第一学期）课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016.12.28一、实验目的1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理；2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响；3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。
二、实验原理三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。
图2-1 心电图（ECG）前置放大器原理图如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A1、A2、A3的理想特性，R5、R6、R7中的电流相等，得到622721511R U U R U U R U U o i i i i o -=-=- 从而导出（R6=R5）)()(217511i i i o U U R R U U -=- )()(2175022i i i U U R R U U -=- 以上二式相加得))(21()(217521i i o o U U R R U U -+=- 由于)(21810o o o U U R R U --= 则其差模增益为)21(7581012R R R R U U U A i i o d +=-= 只要调节R7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。
三、实验内容及步骤1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路。
2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中。
模拟输入 输出示波器（波形） 万 用 表 交流档 直流档正弦波100μV/50H z2.2954mV 1.7997mV0V0 1.7998mV矩形波0.1mV/50H/90%0.6985mV0.2584mV 3模拟输入输出放大倍数放大倍数计算值正弦波100μV/50Hz2.2954mV22.95234；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。
中南民族大学——生物医学工程学院暑期培训——心电图仪实验报告暑期培训——心电放大仪实验报告小组信息：组长：岳之恒组员：刘冶李春雨设计背景心脏是人体血液循环的动力装置。
正是由于心脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。
心脏在搏动前后，心肌发生激动。
在激动过程中，会产生微弱的生物电流。
这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。
这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。
由于身体各部分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出的电位也不同。
对正常心脏来说，这种生物电变化的方向、频率、强度是有规律的。
若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图形。
医生根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系，再与正常心电图相比较，便能诊断出心脏疾病。
诸如心电节律不齐、心肌梗塞、期前收缩、高血压、心脏异位搏动等。
心电放大仪就是用来测量心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。
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，并在示波器上显示技术指标：（a）电压放大倍数为1000倍，误差为±5%（b）-3dB低频截止频率为0.05HZ（可不侧，有心电信号放大器的电路设计予以保证）（c）-3dB高频截止频率为100HZ，误差为±10HZ，在200HZ处的衰减≥10Db（d）通带内响应波动≤3dB（不允许嵌入50HZ陷波电路）（e）共模抑制比≥60dB（必须带有1.5m长的屏蔽导连线测量）（f）参模输入电阻≥5MΩ（可不测，由电路设计予以保证）各个模块的方案选择及原理和计算：仪表放大器：因为人的皮肤的电阻大而且共模信号多，因此输入使用仪表放大器，前面的两个跟随器可以增大输入内阻和做到上下结构的对称可以有效的消除共模信号，后面一个运放对信号进行放大，放大倍数为两倍。
实验一 ＥＣＧ放大器一、实验目的与要求实验目的：通过安装和调试ＥＣＧ放大器，了解医学信号放大器的特点，并掌握放大器的有关指标。
安装和调试后的ＥＣＧ放大器，应达到以下指标：１ 具有较高输入阻抗＞１ＭΩ２ 放大器差动增益约为１０００３ 具有较高共模抑制比（CMRR>80db ）４ 等效输入噪声＜１０μＶ５ 频带范围０.０５Ｈｚ～１００Ｈｚ实验要求：１ １ 用心电仿真仪的mv 级输出信号作为放大器的输入信号进行观察。
２ ２ 用ＥＣＧ放大器检测自己的心电波（可选）。
二、实验设备与元器件1 电路安装板 １块2 电流电源（要求能够提供±５Ｖ电源） １台3 万用表 １只4 低频正弦波发生器（能够提供０.０５Ｈｚ～２００Ｈｚ正弦波信号） １台5 生理示波器 １台6 心电心音信号仿真仪 1台7 ＬＭ３２４一片，电阻、电容若干。
图1.1 ECG 放大器电路图三、实验内容与步骤１１按实验电路图(见图1.1)在插板上安装电路。
认真检查电路，确认连线无误后，才可接上±５Ｖ直流电源。
在调试过程中切记改接电路时必需先断开电源。
２２用万用表检查电路中各运放的静态工作点，并记下正常时的工作电压。
３３在放大器输入端加载峰—峰值Ｖｐｐ=1mv，频率ｆ＝５０Ｈｚ的正弦波信号，调试电路，使放大器差动增益Ａｄ≥１０００，然后测试电路对于５０Ｈｚ工频干扰的共模抑制比，并调试电路使ＣＭＲＲ≥８０ｄｂ。
４４保持输入信号幅值不变，在０.０１Ｈｚ到２００Ｈｚ的范围内调节信号频率，测试放大器的频带范围。
并调试电路使其上、下限频率达到预期指标，并记录在实验报告上。
５５当输入端短路时，用示波器观察放大器的输出端，调节电路直到输出噪声的大小满足实验报告上的指标要求。
６６测试放大器的等效输入阻抗等参数，并记录在实验报告上。
７７将心电仿真仪的mv级输出信号作为放大器的输入信号，用示波器观察各点波形。
也可用ＥＣＧ放大器检测自己的心电波，其中接线时, RA导联接右手，RA导联接右脚，LL导联接左脚。
心电放大电路实验报告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。
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。
二系统设计心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV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。
下图为整体化框图。
三具体实现电路图如下：1 导联输入：导联线又称输入电缆线。
其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。
心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值及空间方向随时间变化的向量。
放在体表的电极所测出的ECG信号将随不同位置而异。
心周期中某段ECG描迹在这一电极位置不明显，而在另一位置上却很清楚。
为了完整描述心脏的活动状况，应采用多电极导联方式测量心电信号，基于现在的实验条件及要求，选择3导联方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。
测试报告单元电路特性测试1) 前置放大电路前置放大电路✧ 差模增益将RA 、RL 端接地，LA 端输入16mV/20Hz 正弦信号。
用示波器观察输出波形并记录幅值（以不失真为准）。
测得V od ＝4.01V,A V 前＝od i V V ＝4.01250.616m VV = 增益误差＝250.6252252-⨯100％＝0.56％✧ 共模增益将三个输入端公同接2V/20Hz 的正弦信号。
用示波器观察输出波形并记录V oC 的幅值，计算共模增益。
测得V od ＝16.8mV,A C 前＝OC i 16.8m 0.00842V VV V== ✧ 计算共模抑制比：CMRR=250.6(d )20lg 89.5d 0.0084V A B B A =前C 前＝ ✧ 幅频特性高通滤波网络部分截止频率为0.024Hz ，而信号发生源输出信号频率≥1Hz ，故无法检测高通截止频率。
2) 低通滤波部分低通滤波部分电路以输入信号20Hz时1V输出电压的幅值为标准，从小到达调节输入信号频率，当输入信号下降到标准输出的0.707倍时，为截止频率f0。
继续调节输入信号频率，观察输出电压变化并记录。
记录数据如下：f/Hz 输出幅值/V20 1.0085 0.84100 0.70120 0.41150 0.25180 0.15200 0.11根据记录数据绘制幅频特性如下：3)50Hz陷波器改变输入信号的频率，用示波器观察输出信号的变化并记录幅值如下：f/Hz 输出幅值/V20.00 1.0047.64 0.7149.51 0.1450.02 0.0750.52 0.1652.52 0.7260.12 0.95根据测量数据可绘制出幅频特性如下：50Hz处衰减23.1dB阻带宽度＝52.52-47.64＝4.88Hz4)后级放大部分后级放大电路输入1V正弦信号，用示波器观察输出波形并记录幅值（以不失真为准）。
测得V O＝5.05V 高通截止频率（0.05Hz）无法测试，低通0.707截止频率为454 Hz。
心电放大器设计的报告1.引言心血管疾病是人类死亡的主要疾病之一,许多患者心脏病发作后由于未能及时发现和抢救极易发生死亡。
然而由于心律失常的出现常常是偶发的,使用通常的心电图机等短程分析方法不易发现,现在较为有效的方法就是采用记录24小时以至更长时间的心电图并加以分析以期捕捉到心律失常波形。
本文研究设计了一种低功耗、结构简单、性价比高的心电放大器,在此基础上可研制出便携式动态心电记录仪。
该仪器的最大优点是电路简单、实用、低功耗且成本低廉,对各中小型医院的危重病人的抢救和家庭监护有较好的实用价值。
2.系统概述:在进行系统介绍之前,要明白的几个概念:心电图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。
如图1各种各样的心电图:心电放大器设计报告a. 标准的心电图心电放大器设计报告b.带噪声的正常心电图心电放大器设计报告c. 右心室肥厚 Right Ventricular Hypertrophy图1 正常与病态心电图心电图可分为普通心电图、24小时动态心电图、His束电图、食管导联心电图、人工心脏起搏心电图等。
应用最广泛的是普通心电图及24小时动态心电图。
心电导联为了记录心电,将探测电极安置于体表相隔一定距离的两点,此两点即构成一个导联,两点的连线代表连轴,具有方向性。
临床常用的导联方式有肢体导联和胸前导联,肢体导联又有标准导联和加压单极肢体导联之分。
临床中广泛应用的是标准十二导统,分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个标准导联,aVR、aVL、aVF三个加压导联以及V1-V6六个胸极导联。
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。
目录摘要 (1)Abstract (2)1. 设计准备 (3)1.1 引言 (3)1.2 Multisim简单介绍 (3)2. 测量放大器原理图设计 (5)2.1 设计任务及要求 (5)2.2 设计原理 (5)2.3 设计方案及实现 (7)2.3.1 方案1及电路图 (7)2.3.2 方案2及电路图 (8)2.3.3 方案3及电路图 (9)2.3.4 方案4及电路图 (9)2.4 比较后选择的方案及合适器件 (13)2.5 部分功能电路 (10)3. 电路的仿真、测量波形及实物图 (13)3.1 电路的仿真 (13)3.2 测量波形 (15)3.2.1输入差模信号 (19)3.2.1输入共模信号 (20)3.3 实物图和调试波形图 (20)3.3.1实物图 (20)3.3.1调试波形图 (21)4. 设计过程的问题和解决办法........................................................................ . (19)4.1 元器件的选择............................................................................................... .194.2 实验发现的问题和解决方法....................................................................... .195. 元器件清单............................................................................................................ .216. 小结........................................................................................................................ .227. 参考文献................................................................................................................ .23摘要测量放大器又称为数据放大器或仪表放大器，常用于热电偶，应变电桥.流量计，生物电测量以及其他有较大共模干扰的支流缓变微弱信号的检测。
第1篇一、实验目的与意义本次实验旨在设计并实现一个标准导联的心电信号采集、处理和显示系统，通过实验验证该系统的可靠性和实用性。
心电监护技术在临床诊断、监测及急救等领域具有广泛的应用前景，本次实验对心电监护技术的发展具有重要意义。
二、实验方法与过程1. 设计任务与要求（1）设计一个标准导联的心电信号采集、处理和显示系统。
（2）能记忆当前时刻前若干秒的数据，由设计者确定参数。
（3）数据回放功能。
（4）软件数字滤波，计算瞬时心率，并在LED数码管上显示出来。
（5）报警参数设计，通过软件实现当心率输入大于某个固定值时，报警装置工作。
2. 总体方案论证本次实验采用以下方案：（1）采集心电信号：采用标准导联，将心电信号从人体引出，经过放大滤波电路进行放大和滤波。
（2）A/D转换：将放大的模拟信号转换为数字信号，以便进行后续处理。
（3）单片机处理：利用单片机对数字信号进行处理，包括滤波、计算瞬时心率等。
（4）显示与报警：通过LED数码管显示瞬时心率，当心率超过设定值时，报警装置工作。
3. 硬件电路设计（1）前置放大电路：采用高输入阻抗、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的前置放大器。
（2）滤波电路：采用低通滤波器和高通滤波器，对心电信号进行滤波处理。
（3）A/D转换：采用高速、高精度的A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。
（4）单片机最小系统：采用高性能、低功耗的单片机，实现心电信号的采集、处理和显示。
4. 软件设计（1）数字滤波：采用软件实现数字滤波，提高心电信号的质量。
（2）心率计算：通过软件计算瞬时心率，并在LED数码管上显示。
（3）报警功能：当心率超过设定值时，通过软件实现报警装置的工作。
三、实验结果与分析1. 心电信号采集实验结果表明，采用标准导联采集心电信号具有较好的效果，信号质量较高。
2. 心电信号处理通过对心电信号的滤波、A/D转换和处理，得到稳定、准确的心电信号。
心电信号检测放大器实验报告直流供电天津大学精密仪器与光电子工程学院2004级生物医学工程1班贾乾3004202314第一章前言心脏是人体血液循环系统中的重要器官，依靠它的节律性搏动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。
它的活动正常与否直接关系到人的生命安全。
人们不能凭着直观判断心脏健康与否，而是需要精确的仪器加以测量，通过对测得的心电波进行分析比较，最后做出诊断。
心电图典型波形如下图所示：心脏的生理功能与心电图存在着密切的有机联系，心脏生理功能失常许多可以从心电图中反映出来，这就是心电图为什么能得到广泛应用的原因，主要应用有：1．分析与鉴别各种心率失常。
2．一部分冠状循环功能障碍或急性所引起的心肌病变。
3．判断心脏药物治疗或其他疾病的药物治疗对心脏功能的影响。
4．指示心脏房室肥大情况，从而协助各种心脏疾病的诊断。
等等。
在国内外，关于心电图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电图机的研制已经达到了一个相当高的水平。
尽管这样，在心电信号处理的方法和自动分析手段都存在着很多缺点，心电特征波形分析定位结果并不尽如人意，从理论上还有创新的余地。
第二章总体设计一．心电信号的基本特征：心电信号是一种较微弱的体表电信号，成年人的幅值约为0.5～4mV，频率在0.01~250Hz范围内，属于低频率，低幅值信号。
为了获得清晰而良好的心电波信号，中华人民共和国医药行业标准YY1139―2000对心电图机提出各种技术要求，主要有：1．输入阻抗单端输入阻抗不小于2.5MΩ。
2．输入回路电流各输入回路电流不大于0.1μA。
3．定标电压有1mV±5%的标准电压，用于对心电图机增益进行校准。
4．噪声水平所有折算到输入端的噪声应小于35μV。
5．频率特性幅度频率特性：以10Hz为基准，1Hz~75Hz（-3.0dB~+4.0dB）;6．抗干扰能力共模抑制比：KCMR>60dB以上。
实验四心电放大器的性能分析——PSPICE在模拟电路分析设计中的应用心电放大器的背景知识对于心电放大器而言，使用者为医疗单位，有较好的工作环境；心电传感器测得的心电信号幅度一般在50µV~5mV之间，属于微弱信号，要求放大器具有低噪声、低漂移和较高的电压放大倍数；信号的频率范围一般为0.05Hz~200Hz，频带范围不是很宽；人体是心电信号的信号源，人体电阻、检测电极与皮肤的接触电阻等为信号源内阻，其值较大，一般为几十kΩ，因此要求放大器必须有很高的输入阻抗；同时人体相当于一个导体，易接受空间电磁场的各种干扰信号，这些干扰信号对放大器来说相当于共模信号，因此，心电放大器应具有较高的共模抑制比。
心电放大器如图1所示。
(图中运算放大器为LM324)一、实验目的1．了解PSPICE应用软件2．掌握PSPICE软件在电路分析设计中的应用3．熟悉心电放大器的特点和功能；进一步熟悉运算放大器的应用。
二、用PSPICE软件对心电放大器进行性能分析1．对心电放大器进行差模幅频特性分析，并记录仿真结果（幅频曲线、f L、f、电路差模增益、共模增益、差模输入阻抗）；分别改变R W1、R W2和C3、C4，对H上述结果有何影响？*2．对心电放大器进行瞬态特性分析，在图1中输入0.1mV，频率1Hz的正弦信号，增益调节电阻R w2分别为最大（220 kΩ）和100kΩ。
*3．对心电放大器进行参数灵敏度分析和容差分析上述心电放大器的幅频特性分析和瞬态特性分析是在电路元件取标称值下进行的，但是元器件的实际参数与标称值总是存在一定的误差，参数灵敏度分析及容差分析能为我们选择元器件参数精度提供依据。
（1）通过对差模增益的灵敏度分析，确定对电路差模增益影响较大的电阻。
（2）试分析电路电阻参数变化对差模增益和共模抑制比的影响。
（设电阻精度等级为1%）三．实验预习要求1．学习并了解PSPICE5.1软件的操作使用方法。
2．对心电图进行理论分析和性能指标计算。
测量放大器实验报告一、系统功能及性能指标500~1A VD = V 10U 0±= f =0~10HZ ΩM R id 2≥id U =V V 5.7~5.7-+时，510>CMR K 500=VD A 时，噪声电压峰峰值< 1V电路类型：测量放大器二、实验目的本实验是学习测量放大器的设计方法和掌握测量放大器的调试方法。
其中，测量放大器称为仪表放大器或数据放大器，是对微信号进行测量，主要通过运用集成运放组成测量放大电路实现对微弱电压信号的放大，要求有较高的输入电阻来减少测量的误差和被测电路的影响。
通过实验，熟悉OP07的参数和应用，掌握电路设计调试的基本流程和方法，通过分析和计算完成实验的内容。
三、实验要求图（1）1、差模电压放大倍数500A=，可手动调节；1~VD2、最大输出电压为±10V，非线性误差< 0.5％；3、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制5K；>10CMR4、在500=A时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；VD4、通频带0～10Hz；5、直流电压放大器的差模输入电阻≥2MΩ（可不测试，由电路设计予以保证）。
四、方案论证在测量放大器的设计中，第一级应采用两个集成运放OP07同向并联接入，组成同相的差动放大器，因为这样可以增强共模抑制能力。
其中，要求两个运放的输入阻抗，共模抑制比，开环增益一致，这样才能保证具有差模和共模电阻大，还能保证使两运放的共模增益和失调及漂移产生的误差相互的抵消。
在第二级中，为了阻止共模信号的传递，差分放大电路在同向并联电路之后再接上一个OP07，从而使双端输出变成单端输出。
在输出端接一个电位器，使得电压放大倍数改变，实现放大倍数500A1~=可调，从而完成本实验的要求。
VD六、OP07芯片手册OP07简介：OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
具有低失调、低漂移、低噪声、偏置电流小等优点。
⼼电放⼤器（电池供电）电路测试报告⼼电放⼤器（电池供电）电路测试报告⼼电放⼤器（电池供电）电路测试报告⼀、实验概述从⼼电放⼤器（电池供电）电路的最初设计、到答辩时按照李刚教授的指导所进⾏的修改，以及后续的焊接、检测，整个⼼电检测装置调试为期⼀个多⽉。
在这⼀个多⽉中，⾃⼰从最初仅仅对电路的⼤致理解，到对电路的分模块分析，明⽩其原理，最到到⽤实验验证理论，从实践中检验⾃⼰的所学。
由于⾃⼰单⽚机的知识相对薄弱，没能采⽤单⽚机进⾏信号的精确处理。
因此在整个⼼电放⼤器设计中，以硬件电路为主，尽可能的采⽤⼀些⽅法减⼩噪声，以⽣成⽐较完美的⼼电图。
⼆、实验电路实验伊始，先按照最初的设计来进⾏电路的连接。
连接完测试时，发现⼀个⽐较重要的问题——噪声过⼤。
基于整体电路的设计没有问题，对部分电路进⾏了改动，以减少噪声的⼲扰，尤其是⼯频⼲扰的影响。
所采取改良的措施：1、将前置放⼤电路中的四个OP07改⽤为OPA4251。
OPA4251相⽐于OP07有如下的优点：1）集成性好2）低功耗（Iq=25µA）3）轨到轨rail-to-rail能够增加动态范围、抑制⾮线性失真、⽀持低电压4）⾼共模抑制⽐（124dB）2、尽量减少⾄于电路上⽅的电路线，防⽌其产⽣电场⼲扰。
并且通过焊接线将各个芯⽚的正负地等等引脚相连、3、将芯⽚的正负电源同地之间分别加电容，起到耦合作⽤。
加⼊耦合电容之后，能够有效地抑制电磁⼲扰信号的传⼊，对容易受⼲扰的器件或电路加以屏蔽。
4、更换前置电路的相关参数，改变放⼤倍数。
第⼀级的放⼤倍数由原先的4倍改变到7倍。
增⼤此倍数的原因是能够在第⼀级就可以将提取的的信号放⼤，不⾄于因为放⼤太⼩⽽导致在随后的电路中信号衰减过多。
第⼆级放⼤倍数由原先的26倍改变到15倍左右，使得整个前置的放⼤倍数能够在100倍左右。
5、将低通改在后级放⼤之后，进⽽能够有效的滤除⾼频噪声的⼲扰。
经过实际检测相⽐于低通在陷波、低通之前，产⽣的波形的噪声更⼩。
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。
心电放大器(交流供电)设计报告一心电简介1 心电的产生及心电检测心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。
心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。
在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电位的。
心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。
2 典型心电图P波――左右心房兴奋时所产生的电位变化P-R间期――心房兴奋到心室兴奋所经历的时间QRS波群――心室兴奋传播过程中的电位变化T波――心室复极化过程的电位变化QT期间――心室去极化所用时间3 心电检测及其意义在体表放置两个电极（在心脏异侧），分别用导线联接到心电图机的两端，则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。
对心电波形的分析在临床上有着重要意义，患心律不齐，心肌梗塞，冠状动脉功能异常，心肌障碍及心室肥大症的人，其心电波形较正常人均有较大变化。
心电监护在手术麻醉及恢复，心肺复苏以及电解质代谢紊乱的检测中也有重要意义。
二心电放大器的系统要求（1）人体心电信号幅度一般在0.5 mV—5mV，属于微弱信号，放大器输出信号一般在+5V—-5 V，因此要求放大器的差模电压增益为1000左右；（2）信号的频率范围一般为0.05—100Hz;（3）高输入阻抗。
人体内阻，检测电极与皮肤的接触电阻为信号的内阻，阻值一般为几十千欧，通过电极提前的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减轻微弱心电信号的负载，要求放大器的差模输入阻抗大于10兆欧；（4）高共模抑制比CMRR。
人体相当于一个导体，将接收空间电磁场的各种干扰信号，它们对放大器来说相当于共模信号，因此，前置级必须采用CMRR 高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰的转化，一般放大器的共模抑制比为60dB以上。
；（5）要求具有低噪声和低漂移特性。
心电信号检测放大器实验报告直流供电天津大学精密仪器与光电子工程学院2004级生物医学工程1班贾乾14第一章前言心脏是人体血液循环系统中的重要器官，依靠它的节律性搏动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。
它的活动正常与否直接关系到人的生命安全。
人们不能凭着直观判断心脏健康与否，而是需要精确的仪器加以测量，通过对测得的心电波进行分析比较，最后做出诊断。
心电图典型波形如下图所示：心脏的生理功能与心电图存在着密切的有机联系，心脏生理功能失常许多可以从心电图中反映出来，这就是心电图为什么能得到广泛应用的原因，主要应用有：1．分析与鉴别各种心率失常。
2．一部分冠状循环功能障碍或急性所引起的心肌病变。
3．判断心脏药物治疗或其他疾病的药物治疗对心脏功能的影响。
4．指示心脏房室肥大情况，从而协助各种心脏疾病的诊断。
等等。
在国内外，关于心电图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电图机的发展都经过了一段相当长的时间，目前对于心电图机的研制已经达到了一个相当高的水平。
尽管这样，在心电信号处理的方法和自动分析手段都存在着很多缺点，心电特征波形分析定位结果并不尽如人意，从理论上还有创新的余地。
第二章总体设计一．心电信号的基本特征：心电信号是一种较微弱的体表电信号，成年人的幅值约为～4mV，频率在~250Hz范围内，属于低频率，低幅值信号。
为了获得清晰而良好的心电波信号，中华人民共和国医药行业标准YY1139―2000对心电图机提出各种技术要求，主要有：1．输入阻抗单端输入阻抗不小于Ω。
2．输入回路电流各输入回路电流不大于μA。
3．定标电压有1mV±5%的标准电压，用于对心电图机增益进行校准。
4．噪声水平所有折算到输入端的噪声应小于35μV。
5．频率特性幅度频率特性：以10Hz为基准，1Hz~75Hz（~+）;6．抗干扰能力共模抑制比：KCMR>60dB以上。
8．50Hz干扰抑制滤波器：≥20dB9．其他医学仪器除了与其他仪器一样能满足环境实验的要求外，还要严格的安全性要求，这些由国际GB10793专门规定。
二．心电检测中的主要干扰（1）50Hz交流干扰它是由室内的照明及动力设备所引起的干扰。
这是量大面广的干扰源。
因其频率也处于绝大多数生理变量的频带范围内，提高对50Hz的抗干扰能力是医学测量和医学仪器设计中面临的一个基本而关键的难题。
（2）电极噪声无论是板状金属还是针形电极，由于和电解质或体液接触，在金属界面上总会产生极化电压。
其大小与电极材料、界面状况及所加的电极糊剂时间有关，它叠加在信号上形成干扰。
一般为数十mV，有的达数百mV甚至V级。
这电压是一定值，但会随环境条件而改变，如电极糊干燥引起极化电压的缓慢变化。
另外还与使用的频率有关。
这些变化的原因是基于电化学的变化，实际使用中电极与人体的接触状况的影响极大。
（3）心电信号以外的人体电现象所引起的噪声在人体上有种种电现象混杂在一起。
当测量某一生理量（如心电）时，其他的电现象就成为干扰。
所以某一生理量在一些场合是信号，而在另一场合成为噪声。
（4）无线电波及高频设备和干扰人体大体上可作为导体来考虑。
接上电极导线就会起到收信天线和作用，它接收无线电波以及高频设备来的电磁波。
由于电极—人体界面和放大器特性的非线性，它可把高频检波并构成了对心电信号的干扰。
（5）电子器件噪声在某些生理量测量中，被测信号往往非常微弱，如体表希氏束电图和体表后电位的幅值在0~5μV，所以电子器件的噪声也成为测量的大障碍。
这些噪声有电阻器件的热噪声，有源电子器件中的散粒噪声，晶体管器件的低频噪声（1/f噪声）及两种不同材料接触时所产生的接触噪声等。
这些噪声大都和放大器工作的带宽有关。
由于噪声是一随机信号，除了采用平均技术减少其影响外，重要的还是选择好低噪声器件，合理设计前置放大器电路。
（6）其他医疗仪器的噪声许多治疗仪器和测量、监护仪器一起工作时，就会构成干扰影响测量。
如心脏起搏器的起搏脉冲将影响心电和心率的测量。
基于心电信号本身的特征和存在的干扰，电路总体设计框图如下：电路的主要参数指标要求： 输入阻抗/M Ω输入短路噪声 (ｐ－ｐ)/µV共模抑制比 /dB频带/Hz>10≤10 ≥60第三章 主要电路单元设计一．前置放大器的设计 电路图如下：该电路重要功能如下：1. 由R1、R2、R3组成差分输入，同相输入可以提高输入阻抗，提高共模抑制比。
2. 由C1、C2、R6、R7组成无源高通网络，该电路起到了隔直的作用。
3. 集成运放LM324用于共模驱动和右腿驱动，工作在±3V 。
4. 采用对称的前置电路，可以抑制共模干扰，同时采用共模驱动和右腿驱动电路，都抑制了工频干扰进入后续电路。
5. 前置放大器的核心器件采用AD620,放大倍数为500倍，计算公式为gR K A Ω+=4.491 AD620的内部结果图为：前置放大器各元件取值：R1 R2 R3 R4 R5 R620k 20k 10k 50k 50k 100kR7 R8 R9 R10 C1、C2 C3100k 1k 1k 10k µ 2000p二．滤波电路采用一阶无源高通滤波器和三阶巴特沃思低通滤波器作为本系统的滤波电路，电路图如下所示：一阶无源高通滤波器的截至频率为,三阶巴特沃思滤波器的截至频率为100Hz，放大倍数为1倍。
各元器件参数为：R11 R12 R1310K 10K 10KC10 C11 C12µ µ µ三．50Hz陷波电路采用双Ｔ网络作为去除50Hz工频干扰的电路。
电路图如下：滤波器的特性参数为：ω＝1/R14C13Q=(1-k)k值越大，Q值越高，频率选择性越好，但这样会导致滤波器性能不稳定，阻带宽度也加大。
通过认真筛选元件、调整电位器R18通过改变Ｋ值可使50Ｈz陷波深度达到一25dB，带宽为10Hz(45～ 55Hz)且滤波器稳定，满足心电检测的要求。
该部分电路各元器件取值为：R14 R15 R16 R17 C1347K 47K 47K 47K µC14 C15 C16 R18µ µ µ 5K四．主放大器电路该部分电路主要起调节增益的作用，使输出信号可达到Ｖ的量级，电路图如下所示：电容加入可以组成一阶无源滤波电路。
各器件参数如下：R1 R2 C1 C2100K 430K µ 2200p五．其他1.电源输入处理：增加电容，可以提高电源输入阻抗，提高电源电压。
2.电源：通过四节干电池提供±3V电源，驱动运放工作。
:电路中除前置放大器核心器件采用AD620，均采用LM324, ±3V双电源供电。
第四章测试报告测试目的：检测电路性能，是否达到设计要求指标一．电路总体测试结果1．差模增益：右腿驱动和一端输入接地，另一端接10mV 电压，输出为. 1004==VidVodAd 2．共模增益：右腿驱动接地，正负输入端共同接2V/20Hz 正弦信号，输出47mV 0235.0==VicVocAc 3. 静态工作点：各级静态工作点均低于7mV 4．输入短路噪声：将两输入端对地短路，测出输出电压mV Vo 7= V kVoVin μ697.0==5．共模抑制比：dB AcAdKCMRR 6.92lg20== 6. 零点漂移：V1=2V,V2=mV Kh V V 014.021=-零点漂移＝6．输入阻抗：将输出端接地，用万用表测两输入端间的电阻 双端：Ω=M Rin 74 单端：Ω=M Rin 33 7．输出阻抗：将输入端对地短路，输出端接一个小电阻，利用分压法测出输出阻抗Ω=.45Ro 8. 频带宽度：低通截止频率测试结果为高通用实验室信号发生器无法观察，通过输入方波和直流信号检测，起到隔直作用二．各电路单元测试结果：1. 前置放大：(1).差模增益：输入10mV 电压，输入24501.045.2==Ad (2).共模增益：输入2V 电压，输出21mV0105.0=Ac(3).共模抑制比:dB KCMRR 4.87= (4).静态工作点：各级小于 (5).输入短路噪声：V mVVin μ12.62455.1==2.三阶低通滤波电路： 截至频率：Hz f 2.104= 10Hz 20Hz 30Hz 40Hz 50Hz 60Hz 70Hz 80Hz 1V 1V90Hz 100Hz 110Hz 120Hz 150Hz 200Hz 300Hz陷波器：V Vin 1=（1）中心频率：Hz f 88.49= V Vo 044.0= V Hz Vo 056.0)50(= （2）陷波深度:04.25lg 20-=VinVo（3）频带宽度：～ 10Hz 20Hz 30Hz 40Hz 45Hz 46Hz 48Hz 1V 1V 1V 49Hz 50Hz 51Hz 53Hz 60Hz 70Hz1V百度文库 - 让每个人平等地提升自我104.主放大：（1）增益：173.4150626==mVmV A （2）低通截止频率：Hz f 13.100=三．测试总结：本次电路比较好的部分有50Hz 陷波器，通过使用电阻的并联和电容的并联，达到较好的匹配，中心频率和品质因素都比较好。
不太好的部分是低通滤波的部分，因为使用三阶巴特沃思滤波器，引入比较多的100Hz 以上的干扰，但是通过加上最后的主放大中的低通滤波，整体效果有改善，但是仍然干扰引入较多。
另外就是前置中的无源滤波器，如果使用按照截止频率选择的电容，存在零点漂移很严重，实验室老师说形成了电容充放电的现象，改变电容，消除了该现象，但是高通截止频率偏高。
第五章 结束语本放大电路只是达到心电放大的基本要求，作为现代一个完整的心电图机，还需要记录，存储，以及分析部分等。
所以上述设计还不完善，但是过程中通过理论与实践的结合，进一步加深了对电路参数指标的理解。
随着后续课程的学习，我们也将可以对生物电检测电路进行更为完善的开发和设计。
