心电信号采集电路实验报告

心电放大电路实验报告

一概述

心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。

普通心电图有一下几点用途

1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。

2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。

3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。

4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。

5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。

6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。

二系统设计

心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。

三具体实现

电路图如下：

1 导联输入：

导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值及空间方向随时间变化的向量。放在体表的电极所测出的ECG信号将随不同位置而异。心周期中某段ECG描迹在这一电极位置不明显，而在另一位置上却很清楚。为了完整描述心脏的活动状况，应采用多电极导联方式测量心电信号，基于现在的实验条件及要求，选择3导联方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。

2 前置放大：

（1）差动放大：如果将保护电阻直接接入后面的时间常数电路，其输入阻抗将大为减小，减低了心电图机的性能，若加入差动发大器，其差模输入阻抗为2Ri＋，共模输入阻抗为Ri ＋/2，增加了输入电阻，进一步抑制了电极噪声与50Hz干扰，提高了共模抑制比。考虑到前级存在极化电压，最大为300mV，此极放大增益不宜过高，大约定在6倍左右，选取R4=R5=24KΩ，R3＝10 KΩ，其增益为(R3+R4+R5)/R3=5.8。电路图如下所示：

差动放大后信号与输入信号波形双综如下图所示：

（2）高通滤波：由于电极和电介质或体液接触，在金属界面上总会产生极化电压，其最大值可能为300mV ，这部分电路的主要功能就是滤出极化电压以及其余低频干扰，这部分选取高通滤波器，截至频率为0.05HZ ，根据f ＝

RC

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，取R8=R9=330K Ω,得C1=C2=10uF ,从前极电阻中间引入驱动，避免了因电器元件不匹配使共模信号转化为差模信号而不易滤除的影响。 下罗为高通滤波部分电路图：

（3）右腿驱动电路：虽然AD620的共模抑制比较高，但当接入其他电路时，其共模抑制比会变得较低，我们在提高共模抑制比的同时，也要考虑用直接降低共模信号的方法来提高其值，右腿驱动电路就是一个很好的降低抑制共模信号的方法，在右腿接入一反向放大器，并与仪表放大相连，可以将共模信号抑制1＋K 倍（K 为反向放大增益），从而有效的降低了共模信号。取R12=10M Ω,R11=10K Ω,从而K ＝R12、R11=1000,加一电容组成低通滤波器，是电路稳定，在这里选取C3=4.7nF 。右腿驱动部分电路图如下：

（4）仪表放大：由于这部分电路采用集成的AD620，其输入电阻为1000MΩ，共模抑制比为95dB，满足本单元设计要求，增益定为20倍，根据A G=1+50KΩ/R G,可取R G＝2.5K。仪表放大部分电路如下：

（5）

仪表放大与输入波形双综如下图所示：

3滤波电路

高频干扰，其他医疗仪器的噪声会干扰心电信号的测量，其幅度不是很高，但由于心

电信号同样较微弱，再加上前级的放大，高频干扰信号必须考虑滤除，已知人体心电信号频率大约为0.05Hz～100Hz，而低于0.05Hz的信号已经在前置放大器中滤除，因此设计一低通截止频率为100Hz的滤波器。如下图：

4 后级放大

前级一共放大了6×20共120倍，最终要求放大到伏的量级，因此还需放大10倍左右，在此接入增益控制级，用于选择增益放大级数，两个固定电阻选为30KΩ和270KΩ，电位器选为20KΩ,调节范围9～10倍。采用的是反向放大电路，如下图所示：

最终放大后的波形如下图所示：

四实验结果

开发板上的实验电路图如下：

将三个输入级分别与左右手以及右腿相连，得到的心电信号如下图所示：

由上图可得，该电路基本能够得出心电信号，但是由于个别原因（元器件的选择，电路的设计，放大器的使用），工频干扰较大。

五结论

本实验设计的心电信号交流放大电路放大倍数约为6*20*9=1080倍，放大器采用的军事双端供电。本实验前级电路需要有着较强的对称性，差动放大部分采用的放大器为TL082，因为其对称性好，另外R4和R5，R6和R7，R8和R9必须经过严格的筛选，分别选取最接近的一对电阻，来提高实验的准确性。

附：各放大器性能参数

TL082

TL082主要参数

OP07 OP07主要参数

AD620 AD620主要参数