医疗电子电路设计实验报告

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1、重庆大学研究生专业实验教学实验报告书实验课程名称：医疗电子电路设计实验指导教师：学院：生物工程学院专业及类别：专业学号：姓名：实验日期：成绩：重庆大学研究生院制目录1、实验背景22、实验目的23、实验仪器设备34、实验原理35、实验要求46、实验内容46.1前置放大的设计46.2滤波电路的设计66.3二级放大电路97、实验数据108、数据处理及结果分析159、实验小结151、实验背景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，它比其他生物电信号更易于检测，并具有较直观的规律性。当前，心电信号的处理仍是生物医学工程

2、界的重要研究对象之一。近年来心脏病仍然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。医学实践表明，对猝发性心律失常患者，如果能够及早发现心律失常先兆，可以及时采取抢救措施，其中70％—80％的患者可以避免死亡。所以首先必须对这类患者发病前后几秒钟内的心电图，进行监测报警，这是一种挽救患者生命的关键措施。自本世纪初Einthoven研究发明弦线型心电图描记器并从体表记录心脏电活动以来，心电学发展历经百年。在这期间，不仅常规心电图检测技术本身不断改进、完善，同时从体表心电图演化、派生出来研究心脏电信号的各种检测方法竞相

3、问世。特别是近年来现代电子技术的进步和数字计算机技术的飞跃发展，极大的促进了心电信息研究向纵深方向发展。动态心电图、心电向量图、体表电位标测图、频谱心电图等十余种相关的心电检测技术目前也已在临床上有广泛的应用。2、实验目的心电信号是一种低频微弱电信号，检测设备具有较高的灵敏度，所以对干扰很敏感。对体表电极测量而言，信号幅度在10μV到4mV之间，典型值为1mV。频率范围在0.05Hz到250Hz，频谱能量主要集中在0.25Hz～35Hz之间。由于心电信号检测的信号源是人体本身，而人体又处在各种纷繁复杂的电磁环境中，所以心电信

4、号中不可避免地会混有各种高强度的干扰。所以，要采集心电信号不仅要将原始信号放大，还要滤除各类干扰信号。本次实验目的如下：1）学习并通过实践深入理解心电采集及调理电路的原理。2）熟练掌握心电放大电路器的设计与搭建。3）掌握心电检测电路中各个基本参数的测试方法。3、实验仪器设备3.1主要的工具、设备：直流稳压源、万用表、信号发生器、电烙铁、示波器、尖嘴钳、剥线钳、镊子、绝缘胶带、焊锡、松香等。3.2主要的器件：AD620一片、LM324三片、若干可调电阻、电阻、电容、万用板、导线等。4、实验原理人体心电信号是一种弱电低频信号，信

5、噪比低。一般正常的心电信号频率范围为0.05—250Hz，而90%的心电信号(ECG)频谱能量集中在0.25一35Hz之间。采集心电信号时，会受到各种噪声的干扰。由于以上特征，心电信号在提取和传输过程中极易受到干扰，因此分析各种干扰信号的来源具有非常重要的意义，以便在设计电路时采取有效措施滤除心电信号中的干扰成分。心电信号的干扰主要包括：工频干扰、极化电压、基线漂移、肌电干扰、运动伪迹、测量设备本身的干扰等。从心电信号的特征及干扰分析可知，在设计心电信号调理电路时，必须考虑多方面的因素。这里主要从增益、频率响应、输入阻抗、共

6、模抑制比、噪声等几个方面讨论心电信号调理电路的设计要求，以实现对微弱心电信号的提取和放大。信号放大电路的系统框图如图1所示，对由电极采集到的心电信号，必须先通过前置放大部分，将微弱的心电信号高保真放大，并通过低通滤波、高通滤波及50Hz陷波滤除干扰，才可以进行A/D转换。图1心电放大电路框图5、实验要求当放大器性能为：输入阻抗大≥5MΩ，CMMR≥100dB，电压增益≥60dB，频带范围为0.08Hz~251Hz时，输入短路噪声均方根值低于10μV时，可以观察到清晰的心电信号。而心电信号的幅度范围为0.5～5mV，且系统要求

7、放大器与后续计算机系统中的10位A/D转换器相连接，A/D转换器的输入电压范围为0～5V。故将主要技术指标列出如下：1)输入阻抗：≥5MΩ2)偏置电流：<2nA3)输入噪声：<10uV4)共模抑制比：≥100dB5)耐极化电压：±300mV6)漏电流：<10uA7)频带：0.05～250Hz8）增益：1000倍6、实验内容根据实验要求和系统框图对各模块进行电路设计，按照设计结果焊接电路并最终测试。6.1前置放大的设计心电采集及分析系统要求在心电信号频率范围内不失真地放大所采集的微弱心电信号。这要求所采用的放大器必须具有低噪声

8、、低漂移、低失调参数、高共模抑制比、高输入阻抗、非线性度小等特点。比较常用于心电前置放大的几种仪表放大器主要指标如下表所示：表1几种仪用放大器主要性能参数的比较（输入噪声单位：）由于对心电信号特殊性对前置放大器的输入阻抗、输入噪声、输入失调电压等要求比较高，所以由表可知，AD620的主要技