心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期设计报告

学院：电子信息学院

学号： ********

班级： 15040211

姓名：***

日期： 2017年3月11日

一、实验目的

通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。

二、实验原理

设计一个心电图信号放大器。已知:

(1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。

(2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。

(3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。

1、确定总体设计目标

由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：

差模电压增益：1000(5V/5mV)；

差模输入阻抗： >10MΩ；

共模抑制比：80dB；

通频带：0.05Hz～250Hz。

2、方案设计

根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计

采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。

第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。

3、详细设计

根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=-

R6/R4=1.6。

为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即

Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25

取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f

=0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容

C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。

4，实验原理图

图 5-1 心电放大器原理图

三、预习内容

完成心电图信号放大器原理图的初步设计

四、实验内容

计算机仿真调试，试计算： 电压增益；

上限频率，下限频率和带宽； 差模输入电阻； 共模抑制比。