生物电放大器—心电图(ECG)前置放大器

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告

（2016 —2017 学年第一学期）

课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016.12.28

一、实验目的

1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理；

2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响；

3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。

二、实验原理

三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。

图2-1 心电图（ECG）前置放大器原理图

如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A1、A2、A3的理想特性，R5、R6、R7中的电流相等，得到

622721511R U U R U U R U U o i i i i o -=-=- 从而导出（R6=R5）

)()(217

511i i i o U U R R U U -=- )()(2175022i i i U U R R U U -=

- 以上二式相加得

))(21()(217

521i i o o U U R R U U -+=- 由于

)(218

10o o o U U R R U --= 则其差模增益为

)21(7

581012R R R R U U U A i i o d +=-= 只要调节R7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。

三、实验内容及步骤

1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路。

2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中。

模拟输入 输出

示波器

（波形） 万 用 表 交流档 直流档

正弦波

100μV/50H z

2.2954mV 1.7997mV

0V

0 1.7998mV

矩形波0.1mV/50H/90%0.6985mV0.2584mV 3

模拟输入输出放大倍数放大倍数计算值

正弦波

100μ

V/50Hz

2.2954mV22.9523

4；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。

模拟输入为零（Vi=0）

输出(万用表直流档)

R11=10KΩR11=10.00827KΩ理想运放

正弦波0V/50Hz 1.7997mV-0.0809uV0四、电路分析、计算

R8=10K R10=10K R7=2K R5=22K

)

2

1(

7

5

8

10

1

2

R

R

R

R

U

U

U

A

i

i

o

d

+

=

-

==10

10

(1+2∗22

2

)=23

五、思考题

1、三运算放大器的组成原理。

集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。

图1 运算放大器方框图

输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且常用双端输入，单端输出的形式；中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度，中间级的电路形式多为共射或共源接法，并带有源负载的高增益放大器；互补输出级有PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压和电流；偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置

电流，以稳定工作点。

集成运算放大器有三个引脚：一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’或‘IN+’表示；另一个为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号‘-’或‘IN-’表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实际的运算放大器通常必须有正负电源端，有的还有补偿端和调零端。

2、如何调节三运算放大器的增益？如电阻R11存在0.1%的误差，对放大器有何影响？

要调节增益的话，调节R7的阻值即可。根据表2-3的实验结果可知，如果R11的阻值改变的话，就会影响放大器的零漂。

3、电路中氖灯的作用是什么？说明稳压二极管D1、D2的作用。

电路中氖灯的作用是保护作用，当两端的电压低于击穿电压时，氖灯的电阻接近于无穷，它对电路没有负载影响，当两端的电压超过其击穿电压，则氖灯迅速导通，使其两端的电压降低趋于零，从而保护了放大器。D1、D2的作用是限制电压表两端的电压，起到保护电压表的作用。

4、怎样确定稳压二极管的稳压值？

（1）简易测试法：只需一块万用表即可，方法是：将万用表置于Rx10k挡，并准确调零。红表笔接被测稳压管的正极，黑表笔接被测管的负极，待指针摆到一定位置时，从万用表直流10V电压刻度上读出其稳定数据，然后用下列公式计算稳压值：被测稳压值（V）=（10V-读数值）x1.5。用此法可以测出稳压值为15V 以下的稳压管。

（2）外接电源测试法：用一台0V~3V稳压电源与一个1.5KΩ，电阻，按下图连接。

测量时，先将稳压电源的输出电压调在15V，用万用表电压挡直接测量ZD两端电压值，读数即为稳压二极管稳压值。若测得的数值为15V，则可能该二极管并未反向击穿，这时可将稳压电源的输出电压调高到20V或以上，再按上述方法量。