心电放大器（电池供电）设计报告

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1、心电放大器（电池供电）设计报告一、设计意义心血管疾病是影响人们生活质量，造成死亡的重要原因，而反应心脏生理情况的重要科学依据就是心电信号。心电信号的检测不同于普通的信号测量。其信号比较微弱，干扰强，个体差异大，所以希望设计一种抗干扰能力强，功耗低的直流心电放大器。而相比于交流放大器，直流心电放大器因为其功耗小，所以可以用电池供电，进而可以向着小型化，便携化发展，有较高的应用价值。二、心电总述1、心肌细胞的跨膜电位心肌细胞的跨膜电位是指心肌细胞内外两侧的电位差，包括在静息状态下的静息电位和兴奋时的动作电位。人的心室肌细胞的静息电位约为-90m

2、v。当心肌细胞由静息状态进入兴奋时，即产生动作电位。当心室肌兴奋时，膜内电位从安静状态的-90mv很快上升到30mv，需时1~2ms，电位上升的最高速度达到800V/s。当心肌细胞除极后，立即开始复极。下图为跨膜电位变化曲线。跨膜电位变化曲线2、心电的传播心脏周围的组织及液体都可以导电，被称为容积导体，而且是三度空间的导体。心脏又是一个形态不规则的空腔肌肉器官，它的肌纤维行走方向不一致。兴奋在心肌内向各个方向传播的过程中，每一瞬间在心脏内形成很多双极体，且其大小、方向都不一样。心脏按窦房结—结间束—房室结—左、右束支—蒲氏纤维—心室肌这一顺

3、序进行的兴奋传播，是在一个空间进行的。1、心电波形图上图是正常人的心电波形图图中：lP波：代表左、右兴奋时所产生的电变化，因心房电向量方向不同而相互抵消了一部分，故其幅度不大。lP-R间期：代表心房兴奋到心室开始兴奋经过的时间，一般成年人为0.12~0.20s。lQRS波群：代表心室兴奋传播过程的电位变化，一般在0.06~0.10s之间。lT波：反映心室复极过程的电变化。lQT间期：指由QRS波群起点到T波终点，由心室开始除极到完成所需时间，在心率为75次/s，Q-T间期小于0.4s。lU波：在T波出现后经0.02~0.04s可能出现的波，

4、大都在0.05ms以下。1、心电信号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10μV～5mV，属低幅值小信号，常见的心电频率一般在0.05—100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，测量时心电电极阻抗较大，一般在几百千欧以上，极易受到工频干扰和体表其他干扰。二、整体设计1、主要干扰l电极极化电压引起的基线漂移：由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mv，因此放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。l工频干扰：50Hz的工频干扰主要以共模形式存在，幅度可达几伏甚至几十伏，

5、所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。l肌电干扰：一般为几百赫兹。l其它仪器的干扰。2、心电放大器的性能指标l差模电压增益：成年人心电信号幅值约为10uv~5mv，放大器输出信号一般在+5V~-5V，因此要求放大器的差模电压增益大于1000。l频率特性：频带宽度约为0.05~100Hz。l输入阻抗：人体内阻，检测电极与皮肤的接触电阻通常为几千欧，故前置部分要有较大的输入阻抗，以提高信号索取能力，一般要求放大器的单端输入阻抗不小于10兆欧。l抗干扰能力：要求放大器的共模抑制比KCMR>60dB。l输入回路电流：不大于0.1uA。l噪声水平：

6、所有折算到输入端的噪声小于35uA。l陷波：50Hz工频干扰抑制滤波器≥20dB。1、整体电路框图前置保护电路前级放大输出信号主放大器陷波电路低通滤波心电信号电池供电二、单元电路设计与分析1、前置保护电路与前级放大电路该电路功能分析：（1）前置保护电路心电放大器是人体与仪器直接接触的仪器，所以在设计时必须要考虑到人体安全，故在放大器前加两个稳压二极管作为保护电路，防止外界过强信号进入电路毁坏仪器。（2）差动放大电路前级放大电路中，A1、A2、R1、R2、R3构成差动放大电路，在运算放大器为理想的情况下，输入阻抗为无穷大，共模抑制比为无穷大。

7、考虑到前级存在极化电压，此级放大倍数不宜过大，所以选取R1=R3=20KΩ，R2=10KΩ。其理论增益为（R1+R2+R3）/R2=5。（3）时间常数电路测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mv，所以这部分电路主要用于消除极化电压以及其余低频干扰。C1、R6和C2、R7构成高通滤波器，设计截止频率为0.05Hz,根据f=1/(2πRC)，选取R6=R7=320KΩ，C1=C2=1uF。（4）共模驱动电路由图可知，A3的输入信号取自A1和A2输出端串联电阻的中点电压，即只有当A1、A2输出相等时，中点电压为0，即

8、A3输出电压也为0，相当于接地。而当共模信号和差模信号一起输入时，A3的输出只包含输入信号的共模部分，从而使得共模信号不经过时间常数电路的分压直接加在集成运放的输入端，避免了由于