精密仪器电路设计

《精密仪器电路设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、一：概述:神经信号的特点：人体大脑皮层的神经元具有自发的生物电活动，使得大脑皮层经常具有持续的节律性电位的改变，临床上利用双极或者单极记录方法在头皮上观察大脑皮层的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图。脑电图机就是用来研究大脑神经细胞活动的精密电子仪黠，它迅速而准确地记录大脑两半球电活动的曲线。由于脑电信号属于低频微弱的自然信号，其幅值一般在0・5

2、键环节及设计的主要内容。其中设计中常遇到的技术困难如下：（1）脑电信号十分微弱，一般只有50uV左右，因此它要求放大增益比一般仪器高得多（2）脑屯信号频率低，这使得放大器的低频截止的选择非常困难，当受到尖峰脉冲干扰时放大器容易岀现堵塞现象；（3）存在工频50Hz和极化电压等强大的背景干扰，其中工频50Hz干扰主要以共模形式存在，幅值较大,所以脑电信号放大器必须具有很高的共模抑制"（4）由于人体是一个高内阻信号源，其内阻抗既易于变化，又可能各支路不平衡，所以脑电信号放大器的输入阻抗必须在几兆欧以上；可见，要设计出高质量的脑电信号放大器，要求前置放大器必

3、须具有输入阻抗高,共模抑制比高，噪声低，非线性度小，抗干扰能力强等特点。二放大电路设计的整体框架平节路电调电通波路低滤电HZ波路50陷电置分大前差放I浮地关键框架设计耍领：1前置差分放大电路：前置放大设计在“三运放”的基础上，通过采用新型的电路结构，巧妙地利用了仪器放大器共模抑制比与增益的关系，并结合阻容耦合电路，共模驱动技术等，可以在抑制直流干扰的情况下提供较高的共模抑制比；250Hz工频陷波电路工频干扰是脑电信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但部分工频干扰是以差分信号形式进入电路的，且频率处于脑电信号的频带Z内，加上电

4、极和输入回路不稳定等因素，前级电路输岀的脑电信号仍存在较强的工频干扰，所以必须专门滤除。3电压放大电路由于脑电信号频率低，因此该电路釆用交流自举技术，使得在低频时也具有很高的输入阻抗，从而具有较强的交流耦合能力。4低通滤波器电路要求低通滤波器的通带尽可能平坦，滚降速率越快越好，以便获得较高的信噪比。根据信号特点，选用巴特沃斯型三阶滤波器，截止频率为100Hz.5带通滤波器电路要求探测大脑内神经细胞活动，放大器的输出通道中第一个通道是记录actionpotentials,频段为300-5000HZ,因此需耍设计带通滤波器频率在300-5000HZ之间，

5、选择适当的电阻可以实现功能。三整个放大电路设计的原理图采用OPA735构成正反馈的有源双T带阻滤波器，下式给出了由节点导纳方4s/jT(l-0)1+4M(1—0)+IsRCY4(1-0)程求得其传递函数：A式子中R=Ri=R3,C=C3=C4,B二Rs/(R4+R5),该电路的Q值随着反馈系数B的增大而增大，下式中给出了该电路中Q值与B(O

6、出陷波器的中心频率为50.01Hz,与实际目的符2心合。电压放大电路电压放大电路的设计釆用交流自举技术，，自举要发挥作用，必须在上图50Hz陷波滤波器的&下端提供特别靠近其上端的电压。这样，电阻&上流过的电流就很小，因而阻抗就很大。否则，发挥不了自举效果。其输入阻抗为Z=+斤1+斤2+斤1•斤2/XC2=R2【XC2由上图50Hz陷波电阻参数可以求得输入阻抗:Z(1Hz)=188.46kQ,Z(10Hz)=2MQ,要想提高输入阻抗，则必须增大Rl,R2,C2的数值，具体电阻数据如下图200kQClViTI-4.7pFonR5lkQTH0.047pFR

7、2lOOkQLT1112AKilOOkQ—I—3pFlkQVout40kQLT1112B低通滤波器的设计低通滤波器的截止频率为100Hz,根据信号特点选择巴特沃斯型三阶滤波器,如下图所示,R1和C1构成第一阶低通滤波器,R2和C2构成第二阶低通滤波器，R3和C3构成第三阶低通滤波器相关参数确定：下式为三阶低通滤波器转移函数：〃(s)]s'+2s?+2s+1可以把它分解为一个一阶和一个二阶转移函数的乘积，即〃(s)r(s)〃g,+D(；+s+D其中〃烟占一阶转移函数可以用一阶有源RC电路来实现,你莎页E可以用二阶有源RC电路来实现。(1)一阶有源电路如

8、下图所示:故有:（2）二阶有源电路如下图所示:上述电路两者级联而成三阶RC电路，见下图:32kOVin(s)