心电检测电路的设计报告和测试报告.doc

心电检测电路的设计报告和测试报告 一、设计报告 （一）、设计目的及其意义 心肌是由无数个心肌细胞组成，由窦房结发出的兴奋，按一定的途径和时程，依次向心房和心室扩布，引起整个心脏的循环兴奋。心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化的方向、途径、次序、和时间均有一定的规律。由于人体为一个容积导体，这种电变化也必须扩布到身体表面。鉴于心脏在同一时间内产生大量的电信号，因此，可以通过安放在身体表面的胸电极或四肢电极，将心脏产生的电位变化以时间为函数记录下来，这种记录曲线称为心电图，如下图所示。 心电图反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。心肌细胞的生物电变化时心电图的来源，但是心电图曲线与单个心肌细胞的膜电位曲线有明显的区别。 ECG波形是由不同的英文字母统一命名的 。正常心电图由一个 P波、一个QRS波群和一个T波等组成。P波起因于心房收缩之前的心房极时的电位变化；QRS波群起因于心室收缩之前的心室除极时的收位变化；T波为心室复极时的电位变化，其幅度不应低于同一导联R波的1/10，T波异常表示心肌缺血或损伤。ECG的持续时间由：P-R间期（或P-Q间期）为P波开始至QRS波群开始的持续时间，也就是心房除极开始至心室除极开始的间隔时间，正常值为0.12～0.20s，若P-R期延长，则表示房室传导阻滞；Q-T间期为QRS波群的开始至T波的末尾的持续时间，意为心室除极和心室复极的持续时间，正常值为0.32～0.44s；S-T段为从QRS波群终末导T波开始之间的线段，此时心室全部处于除极状态，无电位差存在，所以正常时与基线平齐，称为等电位线，若S-T段偏离等电位线一定范围，则提示心肌损伤或缺血等病变；QRS波群持续时间正常值约为0.06～0.11s。 因此，实时的检测心电信号，可以从所得出的心电图上观察心脏的变化，医生就可以从所测的心电图上判断心脏各个部位的功能是否正常，所以心电图是医生治疗心脏方面的疾病所不可或缺的依据。因此心电检测就有了实际应用的意义。 本实验的目的即利用设计的仪器从人体采集心电信号，并进行放大滤波最终呈现在示波器上进行观察。 （二）、总体设计 根据心电信号的特点来设定电路的要求。 心电的幅值为几个毫伏；心电的频率为0.05～100Hz。 这就要求：电路的增益800～1200倍；共模抑制比大于80dB；差模输入阻抗为10MΩ，电路的带宽为0.05～100Hz。 供电情况：光电隔离电路的前级用转换电源供电，光电隔离后级电路则用学生电源供电。以保证光电隔离电路前后级无任何电的联系。 下面是电路的总体框图： （三）、单元电路设计 前置放大器 （方案一－未采用）这里选用低噪声的集成仪器放大器MAX4194作为放大器的核心元件。最低2.7V的工作电源电压满足电源要求。MAX4194具有轨－轨（输出幅度可接近电源电压）的特性，放大器输入端设计有高通滤波器，可以抑制极化电压，MAX4194的失调电压不到0.1mV，因此取其电压增益100，根据MAX4194的增益计算公式可得RG＝500 MAX4194在增益为1000时的3dB带宽为147Hz，大于设计要求。查MAX4194的其他记表也满足心电信号检测的要求。 下面是MAX4194的内部结构图 （方案二－实际使用）采用AD620作为主放大器，其主要参数如下： V供电±2.3～±18V 最低100dB的CMRR(G=10) 高输入阻抗1000MΩ 0.6 mV/℃电压漂移 120 kHz 带宽（G＝100） AD620的内部结构与MAX4194都一样。 下图是前置放大器实际电路图，实际中采用了共模驱动和右腿驱动电路，以提高前置放大器的共模抑制比，但其中由于放大电路采用的是差分放大电路，因此由于匹配精度达不到要求，降低了共模抑制比，且带来较大的噪声，所以将前置放大器中的低通去掉了。 前置放大器的整体电路图如下图所示： 电路的前端使用的是二极管保护电路，设计要求保护电路在输入出席5000V高压时不会损毁电路，，二极管D1~D4选用低漏电的微型二极管1N4148,其最大允许通过的瞬时电流为0.1A，因此，限流保护电阻R1和R2为50k。这样的保护电路会防止临床上的除颤电压等高电压损坏电路。 电路采用了右腿驱动和共模驱动电路，取R5＝10KΩ,Rf=10MΩ,CF=4700pF（Cf的作用是使右腿驱动电路稳定）。R0＝100KΩ。可以很好的提高共模抑制比，滤除共模干扰。 光电耦合电路 前级电路把输入电压信号转换成与之成正比的电流信号，经光电耦合器耦合到后级，光电耦合器中的硅光敏三极管输出的电流信号，运放A2把电流信号转换成电压信号。图中使用三极管T补偿光电耦合器件的非线性。 其增益为R3/R1.如果要得到1倍的放大，只需R1=R3即可，但实际实验中使用了将上面的三极管去掉了的