ECG-6151型心电图机原理分析

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1、ECG-6151型心电图机原理分析ECG-6151型心电图机是一种采用单片机控制的小型心电图机，它具有自动选择导联、自动调节基线位置并自动进行增益控制、自动记录12导联心电图的功能。主机由三块电路板组成：浮地前置放大电路板、自动键控电路板和控制与主放大电路板。主机还配有专用的交流供电充电器。下面分别分析它们的电路原理。一、浮地前置放大电路(UT-20037)它包括输入电路、前置放大电路、光电耦合放大器、浮地电压产生电路、±8V非浮地电压产生电路和电池电压检测电路。电路图如附图2—1。(一)输入电路输入电路

2、包括缓冲放大器、威尔森网络、导联选择电子开关，此外还有屏蔽驱动器和右脚电极驱动器。1．缓冲放大器由导联电极检测到的心电信号，经导联线送到输人电路的输入端。R585～R593是输入平衡电阻。IC30l和IC302是由电压跟随器组成的专用缓冲放大集成块。这种集成块的输入阻抗很高，可达IOOMΩ，而输出阻抗很低，以便于和后级放大器相匹配。D380～D397是输入保护二极管，它们跨接在缓冲放大器的输入输出端。在正常的情况下，心电信号只有几毫伏，二极管不导通，对心电信号没有影响。当干扰信号大于0．6V时，保护二级管

3、开始导通，相当于将缓冲放大器输入输出端短路，输入阻抗不再由缓冲放大集成块来决定，而取决于威尔森网络的输入阻抗。由于威尔森网络的输入阻抗很低，干扰信号经过皮肤与电极的接触电阻和输入平衡电阻的分压衰减很大，从而起到对强干扰信号的抑制作用。2．导联选择电子开关由缓冲放大器输出的心电信号，经过威尔森网络加到导联选联开关电路，本机导联选择开关电路采用了模拟电子开关集成电路。IC304～IC307应用的MCl4052是一种CMOS双路转换电子开关集成块。开关的转换由CPU送到A、B、1N三个控制端的编码进行控制。其中

4、1N端子是禁令控制端。当1N端子输人为逻辑高电平时，禁止开关的-选通，两路开关处于断路状态。当为逻辑低电平时，两路开关允许选通。选择状态由A、B端子的输入编码来决定。A、B、lN三端的输人编码的逻辑值与电子开关的转换状态如表l-3-l所示。表1-3-1逻辑真值开关选通的状态lNBA00012接13脚1接3脚00l14接13脚5接3脚01015接13脚2接3脚01l11接13脚4接3脚1XX开路开路注：表中x表示无论为何状态IC304选择定标和第1、Ⅱ、Ⅲ导联；IC305选择aVR、aVL、aVF和V1；I

5、C306选择V2～V5，IC307选择V6。A、B、lN三端输入编码真值与导联选择的关系如表l-3-2。表I-3-2输人编码导联选择逻辑功能1NBAIC304IC305IC306IC307000TESTaVRV2V6001IaVLV3闲置0l0ⅡaVFV4闲置011ⅢV1V5闲置1XX不工作不工作不工作不工作3．屏蔽驱动器和右脚电极驱动器IC303选用的AN6561是一种双运放集成块，其中的两个运算放大器分别接成屏蔽驱动器和右脚电极驱动器。屏蔽驱动器(图中IC303的上面l／2)的作用是减小导联线至屏蔽线

6、之间的漏电流，保障测试者的安全，提高电路的输入阻抗。工作原理简述如下：在导联线与屏蔽线之间存在着分布电容(长约2米的导联线其分布电容约为200PF)。在这种情况下对50Hz的信号呈现的容抗约为几个兆欧。如果屏蔽线直接接地，由于这个容抗与输入电路的输入阻抗处于并联状态，这将大大降低整机的输入阻抗，又由于导联线直接连接在人体上，这又会增加人体到地的漏电流，降低安全系数。接上屏蔽驱动器情况就不同了。屏蔽驱动器实际上是一个电压跟随放大器。其电压放大增益为l，又具有很高的输入阻抗。它的同相输入端接威尔森的中心点，即

7、信号地，输出端接屏蔽线。信号地的零电位经×1倍放大后，自举输送到屏蔽线上，这就既保证了屏蔽线与信号地之间的等电位，又将屏蔽地与信号地巧妙地隔离开来，从而保持了输入电路的高输入阻抗的特点。图中IC303的下1／2接成右脚驱动器。一般的心电图机通常把右脚电极作为心电信号的零电位来处理。而本机把右脚电极作为抑制共模干扰的参考点，在右脚电极与威尔森网络的三个顶点之间设置了一个驱动电路，它实际上是一个反相输入式求和运算放大器。三个肢体电极(除右脚电极之外)上的信号通过缓冲放大器之后分别加到威尔森网络的三个顶点上，三

8、个顶点又分别通过10kQ的电阻接到驱动器IC303的反相输人端第7脚上。同相输入端第6脚接浮地，输出端接到右脚电极上。当右脚电极由于感应干扰信号电位发生变化时，其他三个肢体电极上也会感应到同相位的共模干扰信号。这三支共模干扰信号经过右脚电极驱动器的放大后与的干扰信号相位正好相反，送到右脚电极上，恰好抵消了右脚电极上的共模干扰信号，使右脚电位维持在一恒定的电平上。由于人体本身是一个导体，从而也抵消了其他肢体电极上的共模干扰信号，