生物医学信号预处理实验报告

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1、生物医学信号预处理实验报告一、电路设计部分1.引言随着科学技术的不断进步，医疗仪器行业发展迅速。在生物医学信号预处理的过程屮,通常是将人体的生理信号通过传感器转换成电信号，进行放大和滤波，选出有效信息，并且保证信息的完整性和不失真。心电监护仪中的心电放大器就是一个典型的电生理信号预处理环节。心电放大器是最常用的一•种牛物电放大器，它的功能是将人体的lmv左右的心电信号放大到lv左右，以供示波器显示或记录器记录用。如果单纯从心电放大器本身来看，似乎只要求下列两项电性能指标：1.有足够的增益;2.有合宜的频带宽度。但问题并非如此简单，因为作为心电信号源

2、的人体，同时又是一个干扰信号源。欲设计一个完善的心电放大器，以获得失真微、基线稳、干扰小的心电放大信号，必须深入探讨心电放大器有别于一般放大器的特殊性。2.设计目标、技术参数本课程设计的目标是实现心电信号的放大，同时消除50Hz工频干扰，高频噪声的干扰以及低频的噪声干扰，最终的放大倍数能达到1000倍左右，电路需要对人体起到保护作用，还需实现高的共模抑制比，为了实现浮地与实地的隔离，在前后级放大间要有隔离电路。技术参数：1）输入：由模拟信号发生器产生Vin=0…5mv正弦波F=0--40Hz2）输出：Vout=5v3）共模抑制比：CMRR=80dB

3、4）理想的幅频特性：u）o=80n弧度/秒5）要求设计浮地隔离电路6）频率响应范围500mHz-300Hz3•总体电路设计及Proteus设计图l」TrrMTjTUM保护电路图1总体电路模块流程根据总体设计流程，对每个模块进行具体设计，得到整个电路的原理图，如图2所示。图2电路总体设计原理图图3保护电路+右腿激励+放大+加法器图4光电隔离+减法器4.选用的元器件、元器件的技术指标4.1二极管BAS1&7・F额定电压：75V；额定电流200mA；封装/外壳：SOT-23；速度：小信号W200mA,任意速度；反向恢复时间：3uso4.2前置放大的MAX

4、4194MAX4194是一种可变增益的高精度放大器，具有轨■轨的特性，共模抑制比达到95dB,其外部引脚如图6所示，内部结构如图7所示:RG-IN・IN-XI4ZIXI/I4MAX4194El3VccT]OUTT]REFSOOUT•Ri-R2-25kfl-Rg-MTEPNALTOI4AX419>I

5、操作，高循坏率。其内部原理图(1个放大器)和引脚图如下：*反向■入250出11收側■入12曹反向■入13▼<€♦4■岀27収笄■入26140出413扳M入412入<11VCC-10IT版已■入3938■出sTL084引脚图图8TL084原理图+引脚图技术参数：(1)高阻输入结型场效应输入；(2)电压反馈型运算放大器；(3)工作电压为±28V；(4)静态电流为1.4mA；(5)输入偏置电流为30pA；(6)转换速率为16V/US；(7)功耗为680mW；(8)增益带宽为3MHz；(9)输入失调电压为2〜5mV；(10)双列14脚封装。4.4LM324

6、LM324四运放放大器是内含四个特性近似相同的高增益、内补偿放大器的单电源(也可以是双电源)运算放大器。电路可以在+5V或+15V下工作，功耗低，每个运放静态功耗约0.8mA,但驱动电流可达40mAo其内部等效电路和引脚图如下：OUTPUTOUTPUT4-MPUT4♦WPUT4ONO-WPUT3OUTPUTS图9LM324内部原理图+引脚图主要参数:(1)电压增益:lOOdB⑵单位增益带宽：1MHz⑶单电源工作范围：3V-30VDC⑷每个运放功耗：(V+=5V时)lmV⑸输入失调电压：2mV(最大值7mV)⑹输入偏置电流：50nA-150nA(7)

7、输入失调电流：5nA-50nA⑻输入共模电压范围：1.5V⑼输出电压幅度：1.5VDC(单电源时)(10)输岀电流：40mA(11)放大器间隔离度:-120dB(f0:1kHz-—20kHz)5.各级电路的设计原理、计算公式和仿真结果本电路设汁主要由9个部分组成：5.1保护电路为了防止偶然的高压所造成的影响，主要由二极管起保护作用。电阻Rl、R2和二极管构成输入保护电路，二极管可以采用BAS16,它能保证在输入端有上千伏高压的情况下，不损害电路元器件。5.2电压跟随器电压跟随器是共集电极电路，信号从基极输入，射极输出，故乂称射极输岀器。基极电压与集

8、电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。电路的特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1,因此它可以完成上述功能