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心电放大器(交流供电)设计报告.doc

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心电放大器(交流供电)设计报告.doc
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心电放大器(交流供电)设计报告一、总体设计思路:1. 基本问题:(1) 足够的增益:(考虑心电放大功能)人体的心电信号幅值大致在 0.5mV~5mV 之间,为了得到几伏左右的输出信号,需要将心电放大至 1000 倍左右。(2) 适宜的频带宽度:心电信号集中在 30Hz 以下的低频范围内,可将心电放大器的通频上限设置在 100Hz 左右;心电中的 ST 波段近似直流量,为了将其提取出来,滤除出极化极化电压,还需要设定通频下限,一般取 0.05Hz。2. 其他问题:(考虑使用环境和使用对象)(1 出)心电信号源:人体内阻大,平均有几十千欧,个体差异明显,在 2K~150K 范围内变化,要尽可能提高输入阻抗;(2)皮肤阻抗各处不平衡易导致极化电压,若不滤除会大大降低放大器的增益范围;(3)50Hz 工频干扰:表现为电场和泄漏电流;(4)220V 交流电需变压、整流、稳压从而得到需要的直流稳压电源,同时出于安全考虑还要设置隔离环节;(5)其他电子医疗器械还会产生高频干扰。3.设计框图:前置放大滤波环节陷波环节光电耦合放大输出电源隔离VEE VCC二、分块电路:1. 前置放大电路:(参数未定)220V整流稳压电路图如上图所示,左侧三个输入端依次连接人体的左手,右手,和右腿,采用三运放仪用放大器,输入端有两路反向并联的二极管作为保护,可耐受 5000V 高压,之后为并联的同向放大器 A1 和 A2,放大倍数为 5 倍,后级仪用放大器 MAX4194 放大倍数约 20 倍,中间的运放 A3 与下面的运放 A4 构成人体右腿驱动电路,目的是减小共模信号。中间的电容C1,C2 与电阻构成无源高通结构,滤除极化电压。注:1.放大器输入阻抗要高:人体阻抗大约有 2K~150K,提高放大器输入阻抗可有效确保增益的稳定性,输入阻抗需要达到 5M 左右。2.提高差动放大器的共模抑制比:后级放大器的电阻要尽量匹配,提高差动放大器差模增益可有效提高共模抑制比,从而尽量消除 50Hz 工频干扰。3.为进一步减小共模信号,需要加入右腿驱动电路。4.为减小 50Hz 电场干扰,导线需采用屏蔽电缆。5.为避免失真,放大倍数不宜太大,控制在几十~一百倍。6.仪用放大器可选用 INA128、AD620、MAX4194具体参数:R0=60K,R1=1K ,R2=R3=10K,R4=R5=10K ,R6=R7=5.1M,Rg=500,C1=C2=1uF,R8=10K, R9=10M, C3=4700pF,R10=100K。2.滤波环节:采用 MAX291 芯片构成 8 阶巴特沃斯低通滤波器3.50Hz 陷波电路:R1=R2=30K ,R3=2K ,R4=148K,R5=15K C1=C2=0.1μF,C3=0.2μF 4.光电隔离环节:生物电放大器必须采用隔离技术,也就是与生物体接触的前置放大级采用浮地发动放大器,这样一方面可提高抗干放大器抑制干扰能力,更重要的可保证测量的安全.。所谓浮地,即信号在传递过程中,不是利用一个公共接地点逐级地往下传,如人们所熟知的阻容耦合,直接耦合等,而是利用诸如磁耦合或光耦合和等隔离技术。信号从浮地部分传递到普通接地部分,两部分之间没有电路直接联系,浮地部分称为信号地,普通电路部分称为电源地,地线形成的漏电流完全被隔断;两部分供电电源不同,浮地部分由隔离电源的输出供电,普通部分由普通稳压电源供电,构成两个独立的供电系统。隔离放大级不但能保障被测人体的绝对安全,而且消除了地线中干扰电流影响。隔离放大级对信号传输有两种方案:一是通过磁耦合,经变压器传递信号;另一是通过光耦合,用光耦合器件传递信号。后者体积小,结构简单,使用方便,是目前采用最多的方案。光耦合器一般用于隔离状态下的传输,所传输地信号可以是直流,交流或脉冲信号。光耦合器采用光学方法耦合信号,然后再转换为电信号。光电隔离器采用光耦合器或者集成光电隔离放大器实现前置放大器的浮置工作,保证测量的安全,提高信号的质量。光电隔离简图我申请的是 ISO124 光电耦合器,已经送到。5.主级放大器:C1=220uF,R1=15K,R2=150K,C2=0.01uF6.电源隔离:我申请了 DCP010505DB 隔离电源,已经送到7.交流供电环节:整体结构分为变压环节,桥式整流环节,稳压块稳压环节。其中 C1,C2,C5,C6 为电解电容,选择 470uF,。C3,C4,C7,C8 电容用于滤除高频或者低频的纹波,IN4001 用于防止负向电压产生。
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