十一组心电信号放大器设计完整版

设计报告书

时间：2015-7-30 设计题目：心电信号放大电路

目录

一、方案论证与选择 (3)

1、心电信号前置级放大电路 (3)

2、滤波器电路 (3)

二、设计总体方案 (4)

二、电路设计 (4)

1.心电信号前置放大电路 (4)

2. 高通滤波器 (5)

三、低通滤波器 (6)

四、50Hz 陷波器 (6)

五、测试方案和结果 (7)

1.proteus仿真结果图 (7)

2.测试仪器 (8)

3.测试条件和结果 (8)

2.测试结果分析 (9)

五、设计总结 (9)

附录 (9)

参考文献： (10)

心电信号放大器设计报

摘要：心电信号等各种生理参数都是复杂生命体发出的强噪声条件下的微弱信号，其幅度在10uV-5mV 之间，经过放大1000多倍才能被观察出来。频率范围为0.05Hz -100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中。本设计根据心电信号特征设计一个性能良好的心电放大器,能够满足心电信号检测的要求。首先从人体体表采集心电电位的变化，经前置后，通过滤波和放大，得到的心电信号能够在示波器上显示出比较清晰的波形。在设计中采用低功耗、高精度的仪用放大器，即AD620作为放大器的前置级。经前置放大器后，运用低通和高通滤波器的串联，对心电信号有效频率外的干扰进行滤波。并且采用双T网络构成的陷波器，对50Hz的工频干扰进行抑制。最后通过一个主放大将心电信号进一步放大，便于后面波形的显示。

关键词：心电信号；前置放大器；滤波；50Hz工频干扰

一、方案论证与选择

1、心电信号前置级放大电路

由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号，所以要求前置放大器应具有高输入阻

抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点，选择仪表放大器即可满足要求。考虑到要求高共模抑制比、高输入阻抗和调试方便，不使用采用集成运算放大器构成的仪表放大器，而是直接使用集成仪表放大器，本设计选用低成本集成仪表放大器AD620实现。

2、滤波器电路

正常心电信号的频率范围为0.05~100Hz，而90%的心电信号频谱能量集中在0.25~35Hz之间。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。

1）高通滤波器

高通滤波器选择典型的压控电压源二阶滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。

2）低通滤波器

低通滤波器选择二阶型低通滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。

3）50Hz 干扰信号陷波器

50Hz 工频信号陷波器可以采用应用广泛的双T 型有源带阻滤波器，这种滤波器的优点是品质因数可以调节，且和带阻滤波器的中心频率无关。

二、设计总体方案

根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、

低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图 所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz 陷波器等电路。

图1 心电信号放大器组成框图

二、 电路设计

1.心电信号前置放大电路

AD620作为高精度仪表放大器，只需要用改变1脚和8脚之间的外接电阻，即可实现放大器1~1000变化范围的电压增益。该放大器的差模电压放大倍数表达式为：G=1+49.4k Ω/Rg 。本设计选择电压放大倍数等于10倍。

2. 高通滤波器

电路结构如图。该电路的典型参数为：截止频率，品质因数，通带放大倍数。

现要求滤波器的截止频率等于0.05Hz，Q=0.707，取电容等于47μF，则电阻，选用电阻68kΩ。通带电压放大倍数A0=3-1/Q≈1.586，取R1=20kΩ，Rf=0.586R1=0.586×20kΩ=11.72 kΩ，取12 kΩ。

图3 二阶高通滤波器

三、低通滤波器

二阶低通滤波器电路如图 。该滤波器的参数指标为：

截止频率RC

f π21

0=

品质因数0

31

A Q -=

通带放大倍数10=A

在该电路选择参数情况下，二阶低通滤波器的截止频率:

Hz

4.10610022.0106814.321

216

30≈⨯⨯⨯⨯⨯==

-RC f π，2310=-=A Q 。

图4 二阶低通滤波器

四、50Hz 陷波器

在图中双T 网络参数选择下，带阻滤波器的中心频率

1

.5010033.0101.9614.321

2163≈⨯⨯⨯⨯⨯=∏=

-RC f 。

图5 50Hz干扰陷波器

五、测试方案和结果

1.proteus仿真结果图

图6 proteus仿真图

图7 幅频特性曲线图

2.测试仪器

示波器、直流稳压电源、信号发生器

3.测试条件和结果

输入信号幅值为5mv，随着输入信号频率的改变测得输出电压幅值。

输入频率hz 10 30 40 50 60 输出幅值mv 6.02 5.70 4.92 0.86 3.40 输入频率hz 80 100 122 200 300 输出幅值mv 5.04 4.74 4.20 2.00 0.94