毕业设计——心电图仪.doc

摘要本简易心电图仪由心电信号采集放大电路、心电信号存储与回放系统、直流稳压电源电路三部分组成。本设计对采集的心电信号进行放大、滤波，最后将其清晰稳定地显示在双踪示波器上。在输出显示的同时能对信号进行存储。当需要回放的时候，单片机系统通过控制D/A转换器将原先存储的心电信号重新循环显示在示波器上。本设计的核心是前向通道放大器电路的设计。所设计的放大器要求具有高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移，因此在放大电路中采用了高性能的仪表放大器 INA128，提高系统的性能指标要求。 本系统的用途是对心电信号进行检测、存储和回放。由于心电信号为弱信号，因此本系统对抗干扰和信号处理能力有较高的要求。方案论证主要集中在数据采集和信号的放大部分。关键词：OPA37，低功耗、高性能的仪表放大器INA128, 运算放大器LM741,差动放大,50Hz陷波,0100Hz低通滤波。AbstractThis simple electrocardiograph consists of the electrocardiosignal gathering and amplifying circuit, the electrocardiosignal memory and replay system, and the direct current voltage-stabilized power circuit. This design carries on the enlargement, the filter to the collected electrocardiosignal, and then demonstrates it on the dual trace oscilloscope clearly and stably. When output the display, can accumulate the signal. When the playback is needed, the single-chip microcomputer recycle and display the stored electrocardiosignal on the oscilloscope by the Digital to Analog. The core of the design is the forward channel amplifier circuit, which requires high gain, high ratio of common mode rejection, low noise, low excursion. Therefore, high quality instrumentation amplifier INA128 is adopted in the amplifier circuit to boost the performance of the system.The purpose of this system is to examine, store and playback the electrocardiosignal. Since the electrocardiosignal is weak signal, this system requires high capability of anti interference and signal processing. The demonstration of the research focuses on the process of data collecting and signal amplification. Key words: OPA37, low power dissipation, instrument amplifier with high accuracy -INA128, Operational amplifier LM741, differential amplification, 50Hz falls the wave,0-100Hz low pass filter. 目录1绪论-52正文-62.1 方案分析与论证-62.1.1 数据采集-62.1.2 心电信号处理部分-72.2 系统设计方案及实现方框图-92.3 电路设计与参数计算-102.3.1 差动输入放大电路-102.3.2 加法器电路-102.3.3 带阻电路（陷波电路）-122.3.4 低通滤波电路-132.3.5 精密放大调整电路-142.3.6 元器件-152.3.7 直流稳压电源的设计-162.4 心电图仪测试系统的安装-172.4.1 焊接质量-172.4.2 常见锡点问题与处理方法-172.5 心电图仪测试系统的调试-172.5.1 电路是否有问题上的调试方法-182.5.2 为避免直流电压影响而进行的调零-182.5.3 电路实现功能上的调试-192.5.4 系统联调-212.6 测试结果-212.6.1 功能测试-212.6.2 参数测试-212.6.3 测试结果参数的分析-222.7 特色与创新-223 结论-224 致谢-235 参考文献-236 外文原文及译文-246.1 外文原文-246.2 外文译文-367 附录-447.1 附录一-447.2 附录二-457.2 附录三-467.2 附录四-471绪论心电图仪是将人体的生物电信号进行采集，以求在显示器件上观测心电活动规律的信号，要求不失真的再现心电图形。根据心电信号微弱和体肤效应影响大这一特点，要求信号通道必需是高精度、高增益、低漂移、低实调的特点，但完全照搬也不能达到预想的效果，因为实际参数无法与设计精确匹配，因此我们进行改进的做法是在关键的地方用可调器件，为电路留下余地。只要正确地调节就能达到指标要求。选择该课题是想在精度和合理性方面进行有效的调整，旨在使人体的两路心电信号能够在低频慢扫示波器上清晰、稳定地显示出来。在设计中应用集成仪表放大器，使心电放大器达到较高的共模抑制比，而采用模拟有源滤波电路和数字滤波技术，是为了使输出信号达到较高的信噪比。课题进行过程中，参考了十几种电子类的书籍，理论方面的有电子线路（线性部分）、模拟电路基础、实用模拟电路原理与设计速成、ANALYSIS AND DESIGN 0F ANALOG INTEGRATED CIRCUITS、0PERATIONAL AMPLIFIERS，技术方面的有电子线路及应用、实验电子技术、电子技术、ELECTRONIC CIRCUITS: Discrete and Integrated、ELECTRONIC CIRCUITS Digital and Analog，电路具体调试方面有电子技术基础实验、标准电子电路实用手册、Handbook of Electronic Circuit Designs、IC OpAmp Cook Book，并登陆网站-电子之城，学习绘制电路图的软件Protel99se。本设计将实现两路心电信号同时测量显示、存储及回放。2正文2.1 方案分析与论证2.1.1. 数据采集因为要用20mm20mm薄铜皮作为与皮肤接触的简易电极，因此数据采集部分的方案选用主要在信号的放大部分。关于信号放大的方案论证如下：方案一：如图1所示。对微弱的心电信号进行直接放大，采取将两级放大器形式，第一级的放大倍数取为10倍，第二级的放大倍数取为100倍，而达到设计要求放大倍数为1000倍的要求。放大器1放大器2心电信号示波器图1 心电信号直接放大框图这种电路设计的优点是电路简单，基本上可以达到放大倍数1000倍的要求。但整个系统对共模信号的抑制能力较差，很难达到共模抑制比80dB的要求；而且电路容易产生自激。方案二：采用如OPA37低噪声，具有一定精度的普通运算放大器来构建放大电路，但从体表采集到的信号除了人体心脏的产生的电信号外，还包含肌电、呼吸以及50Hz的工频信号等带来的干扰。其中，工频干扰引起的共模信号可能远大于心电信号，从而影响系统对心电信号的分析，因此，CMR(共模抑制比)是衡量心电图仪的重要指标之一。心电图仪要求运算放大器的CMR不小于80dB。上述两种运算放大器的共模抑制能力虽能满足这个要求，但用这样的单个运放构成的电路难以达到较高的CMR，故不采取此方案。方案三：采用低功耗、高精度的仪表放大器INA128。其具有良好的共模输入抑制能力，CMR大于120dB，而且只需要外接一个电阻就可调节增益。INA128可将毫伏级的心电信号放大成伏级信号，便于测量。同时，INA128对直流电源的要求低，甚至只需2.25V的直流电源电压就可表现出色的功能特性，静态电流只有700uA，功耗非常低。因此，在小信号放大部分我们选择仪表放大器INA128。方案四：在参考方案一、二和三的基础上进行了更新和修改，本方案分为5级。第一级为差动信号输入级，其差模增益为A1经过调节可获得相应增益值，在滤除杂波信号以前，该级增益值一般调得比较小；同时电路中为了确保心电信号的正常稳定输入，在放大器外端接浮地电路。（此级小信号放大部分选用INA128）。第二级为加法电路，其功能之一是抵消体表电压变化引起的直流电压的变化，确保后级电路信号传输放大。功能之二是对心电信号进行放大，其增益为A2。 第三级是中心频率为50Hz的陷波电路，其主要目的是滤出电源干扰杂讯信号。第四级为低通滤波电路，根据题目要求将高截止频率以上的杂波信号滤除掉。第五级为精密放大调整电路，其增益为A3。由此可知，该系统模块的总增益为：A=A1A2A3依据调整外接电阻的方法，本方案可以完全满足本题目放大倍数、共模抑制比、低噪声的要求，并且使得该电路尽量避免共模杂讯的干扰和一定幅度地减少了电路的复杂度，方便硬件设计和调试。考虑到电路的硬件复杂度及其调试难度的影响，本模块采用方案四的方法对心电信号进行放大处理。原理图如图2所示，具体电路见附录图1。 差动输入放大电路加法器（放大器）陷波电路低通滤波电路精密放大调整电路图2 心电信号放大处理框图2.1.2 心电信号处理部分由于心电信号属于低频小信号，易受干扰，因此必须对所采集的信号进行高通、低通、陷波处理。因此我们将心电信号处理部分的方案论证主要集中放在滤波部分。在实际的电子系统中，输入信号往往包含一些不需要的信号成份。必须设法将它衰减到足够小的程度，或者把有用信号挑选出来，为此，可采用滤波器。滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大大衰减）无用频率信号的电子装置。滤波器是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。通常有源滤波器分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）。为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图3所示。图3 滤波过程 滤波器的选择.1 高通滤波部分考虑到本系统高通滤波部分的截止频率较低，且对精度也没有严格要求，因此选用的构和设计都十分简单的RC一阶无源滤波，其效果不错且易于实现。.2 低通滤波部分 低通滤波可选有源滤波或数字滤波。有源滤波方案 一阶滤波其结构相对简单，且采用了集成运算放大器，因此具有高输入阻抗和低输出阻抗，同时由于具有缓冲作用，滤波效果比无源滤波器好，幅频特性曲线可达到-20dB/10倍频程，但要想实现更明显的滤波效果，此方案仍未满足要求。 二阶滤波它和一阶滤波采用类似的结构，但幅频特性曲线能达到-40dB/10倍频程，滤波效果比一阶明显。 二阶以上的高阶滤波它是由多个一阶和二阶滤波器组成的，效果自然要比上述两种滤波器好，但其电路比一阶和二阶复杂，所需电阻电容较多，而电阻电容的实际值很难与设计要求精确匹配，有时为了匹配一个阻值需要好几个电阻串并联，同时由于不能避免环境因素对电阻电容的影响，因此用的电阻电容越多，误差就越大，导致实际的滤波效果与设计时所期望的存在一定的差距。本设计只对截止频率的精度有要求，而对系统的频域衰减速率未做特别要求，因此可以不必选择高阶滤波方案。 陷波处理本系统要除去工频50Hz的干扰，需要对混杂在心电信号里的50Hz信号作尽可能大的衰减处理。处理方案集中在两种：自适应相干模板法和模拟陷波法。自适应相干模板法 自适应相干模板法利用工频干扰的相关特性，从原始输入信号中得到工频干扰的模板，进而从原始输入信号中减去工频干扰的模板，达到滤除工频干扰的目的。但这种方法算法虽简单但程序设计比较复杂，考虑到时间问题，故不采用这个方案。模拟双T陷波法 由模拟陷波法的幅频特性可知，通过双T网络具有较强的负反馈，因为双T网络具有良好的滤波特性，在仪表的电源噪声滤波电路中获得了较为广泛的应用，又因为双T网络具有比RC串、并联网络更好的选频特性，故我们选用双T网络进行陷波。综上比较，模拟陷波方案比较简易可行，因此选择模拟陷波方案。2.2 系统设计方案及实现方框图本系统将设计任务分解为心电信号采集放大分系统、心电信号存储与回放分系统、直流稳压电路、双踪示波器四部分组成。部分具体设计情况第一部分已经进行详细论述。 带阻电路A/D转换器系统单片机系统控制电路直流稳压电源带阻电路低通滤波电路精密调整放大电路低通滤波电路D/A转换器D/A转换器双 踪示波器精密调整放大电路放大电路放大电路图4 心电图仪实现方框图2.3 电路设计与参数计算2.3.1 差动输入放大电路第一级电路中零点漂移问题是很重要的，不能通过增加级数、提高放大倍数的办法来解决，因为这样做虽然提高了放大和分辨微弱信号的能力，但同时第一级的零漂信号也被放大了。为了减小零点漂移， 常用的主要措施有：采用高稳定度的稳压电源； 采用高质量的电阻；采用差动式放大电路等等。在上述这些措施中，采用差动放大电路是目前应用最广泛的能有效抑制零漂的方法。本设计的首级电路就采用差动输入放大电路。放大器的正负输入通过心电传感分别接到人体的左臂与右臂上，与仪表放大器 INA128组成的驱动网络接到人体的右腿上，构成浮地。由于生物电信号很弱，加上有极化电位，所以该级的放大倍数不宜太高，一般在10至100之间，并只能作前置放大。我们选G=10，根据公式() 图5 差动输入放大电路2.3.2 加法器电路经人体采集到的放大信号，除了微弱的心电信号外，还夹带着一定的直流信号。如果这样的直流信号不消除掉，在经过后面的大增益放大电路后，它将远远超过本系统所要求输出显示的幅值，将严重影响示波器上心电图的显示。图6所示为实现两个输入电压vS1、vS2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。由于电路存在虚短，运放的净输入电压vI=0，反相端为虚地。利用vI=0，vN=0和反相端输入电流iI=0的概念，则有或 由此得出 若R1= R2= Rf，则上式变为 vO= vS1+ vS2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符合常规的算术加法。该加法电路可以推广到对多个信号求和。从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R=R1/R2/Rf。 图 6 加法运算电路故采用加法电路，可以提供抵消直流信号的方法，并使得所采集到的信号放大。因为预放大50倍，即R7/R2=50，取R7为可变电阻100 K，故R2 可取2 K。其具体电路实现如图7所示。公式如下：Uout2=-(U1R7/R2+U2R7/R11)=-(50U1+10U2) 调节电位器R10，可改变U2，使直流输出Uout2为0，即当U2=-(R7/R11)U1=-(100K/ 10K)U1=-10U1 同时心电信号经R2得以放大，增益为A2=-Uout2/U1=-R7/R2=-50 图7 加法电路2.3.3 带阻电路（陷波电路）由于有工频电源磁场作用于导联与人体之间的环行电路，因此从人体探测到的心电信号自然就包括50Hz工频信号及其谐波的干扰，微弱的心电信号往往被湮没在相对较大的噪声干扰中。因此有必要对其进行抗干扰处理。在信号采集过程中，本设计要求的高截止频率为100Hz，故不能直接用100Hz的低通滤波电路滤除50Hz干扰，而是加一个中心频率为50Hz的陷波电路，以滤除掉50Hz的杂波信号。带阻滤波电路是用来抑制或衰减某一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过。这种滤波电路也叫陷波电路。实现带阻滤波的方法之一是从输入信号减去带通滤波电路处理过的信号。另一种方法是采用双T带阻滤波电路，它是由一个低通电路和一个高通电路并联起来得到的。低通电路由两个电阻R和一个电容2C构成的T形网络。高通电路是由两个电容C和一个电阻R/2构成T形网络。因此称为双T网络。如图8所示。各原器件关系如下：R13R15=2R12R16 ，Av=-R17/R16 *=1/R15(C*C)1/R12+1/R14 R12=0.796Q ，R14=R12/(Q*Q-1)，R13=2K，R15=10R12，R16=4K，R17=AvR12由于电阻阻值无法完全匹配设计参数，因此实际应用的双T带阻陷波器效果没有仿真的好，于是我们通过将输出信号以反馈的方式作用于输入端，提高了陷波的衰减倍数，使得陷波的效果更好。图8 带阻电路其中增益为AV（反相），品质因数为Q；Q值高，AV可用电位器代替R17进行调整；改变R15可调整BW而不影响f0；到地的直流通路可由R15完成。2.3.4 低通滤波电路为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶LPF的电路图如图9所示，幅频特性曲线如图10所示。图9 二阶LPF电路图10 幅频特性曲线由于本设计系统所要求的-3dB高频截止频率100Hz，-3dB低频截止频率0.05Hz，因此可以等同地认为其要求的是0100Hz的低频段，应加一个100Hz的低通滤波器，将高频滤掉。 图11 二阶低通滤波电路2.3.5 精密放大调整电路本系统所要求的是将原心电信号放大1000倍，且误差不得超过5%。由于在第一级和第二级分别放大了10倍和50倍。因此在此处放大2倍即可满足系统的要求，电路如图13所示。公式如下：Uout5=-(R22/R20)Uin5=-(2K/R20)Uin5 其中R20为可变电阻（电位器）01K可调，调节R20可获得将原心电信号放大100500倍。图12 精密放大调整电路2.3.6 元器件在方案论证中已经介绍了OPA37和INA128两种集成运算放大器，集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。在本设计中的LM741也是多次使用的重要集成运算放大器，下面对其进行相关讲解。LM741是运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压讯号，经放大后由输出端输出。LM741工作时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由12V至18V不等，而一般使用15V的电压。LM741的管脚配置如图14所示。图13 元器件管脚图LM741使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，信号即会被放大于输出端。LM741的工作流程为，若在非反相输入端输入电压，会于输出端得到被放大的同极性输出；若以相同电压讯号在反相输入端输入，则会在输出端获得放大相同倍率后但呈逆极性的讯号输出；当对放大器两输入端同时输入电压时，则是以非反相输入端电压值减去反相输入端电压值，可于输出端得到差值经过倍率放大后的输出。2.3.7 直流稳压电源的设计 直流稳压电源电路框图，如图15所示整流滤波稳压整流滤波稳压整流滤波稳压图14 直流稳压电源电路框图 所用电源及参数要求表1. 参数要求输出电压值+12V-12V+5V输出电流300mA300mA1.2A 参数要求满足及器材选择选用CW78*系列稳压器及CW79*系列稳压器作为稳压电路中的主要器件，具体选用7812提供正12伏电压、7912提供负12伏电压、7805提供正5电压。整流电路选用桥堆整流器，为满足输出电流及反向击穿电压的要求，选用型号为1A、25V两片，2A、25V一片。滤波电容的选用：根据公式 及反向击穿电压的考虑,选用2200uF、25V的电容一定能满足要求。 纹波电压的满足采用桥堆整流器及CW78*系列稳压器及CW79*系列稳压器自身的性能输出较小纹波，稳压电路中输入端电容加入可以进一步滤除纹波，经测试基本满足要求。2.4 心电图仪测试系统的安装本系统硬件电路不少，安装相对来说不太简单，数据传输线较多，为了保证数据传输的正确性，本系统尽量精细排线，保障信号正常放大。2.4.1 焊接质量焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。好的焊点应是锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出。这两种情况将给电子制作的调试和检修带来极大的困难。只有经过大量的、认真的焊接实践，才能避免这两种情况。焊接电路板时，一定要控制好，时间太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件拔出。2.4.2 常见锡点问题与处理方法 焊剂与底板面接触不良；底板与焊料的角度不当。 助焊剂比重太高或者太低。 预热温度太高或者太低；进行焊锡前，标准温度为75-100度。（按实际情况调节） 预热温度太高或者太低；标准温度为245-255度，太低时焊点呈细尖状且有光泽；太高时焊点呈稍圆且短粗状。 组件插脚方向以及排列不良。 原底板,引线处理不当。2.5 心电图仪测试系统的调试系统硬件按各模块电路先分别安装调试，软件部分进行了模拟仿真，通过以后，再进行系统联调。由于使用单片机CPU工作，加上系统存储回放功能，所以系统调试工作量很大；在系统联调时，通过分析和观察显示结果，多次发现了由于铜片接触、人体移动等客观原因造成信号不稳定的问题，通过修改软硬件设计克服上述缺点，达到稳定、清晰显示的目的。本设计的电路如前所述，由5级共同够成，在软件中进行系统联调，一次性通过，但理论和实际是有出入的，所以在实际电路中进行调试的时候，不能一开始就把所有的芯片，线路全部插好，直接进行调试，即容易把芯片烧掉，且调出正确结果的可能性也不大。2.5.1 电路是否有问题上的调试方法 不插芯片时的调试将电路的每一级，从连接处一一断开，分别进行调试。检测在接入电源的时候，该级电路的输入管脚2和输出管脚6是否为零，如果为零，说明无直流电压，不会影响电路功能的实现；如果不为零，可先用镊子将输入输出口短接，再用三用表来测试，分两种情况，一是为零，则可能是电路中的线和线之间传电，导致输入输出不均为零，将线从新的立起，不在是一根压一根即可，二是不为零，则是电路上的焊接或设计有问题，需详细的用三用表按照电路图一条线、一条线的排查。 插上芯片后的调试和之前的调试大同小异，还是一级、一级的调，但此时还需注意，芯片是否发热异常，要及时的观察芯片。此外，要注意，看前一级的输入输出口的电压情况，在插上哪一级的芯片后，前级的电压会发生变化，则要注意检查，是否在两级电路的某个部分，有错误的焊接，导致不该导通的管脚导通了，以至电路的电压受到影响，对出现这种问题的两级电路均需进行仔细的线路排查。2.5.2 为避免直流电压的影响而进行的调零所谓零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号不为零， 而是一个随时间漂移不定的信号。零点漂移简称为零漂。产生零漂的原因有很多，如电源电压波动等。由于集成运放一般都存在失调电压和失调电流， 因而会影响运算精度。 在阻容耦合放大器中，由于电容有隔直作用，因而零漂不会造成严重影响。但是，在直接耦合放大器中，由于前级的零漂会被后级放大，因而将会严重干扰正常信号的放大和传输。 直接耦合放大器的第一级工作点的漂移对整个放大器的影响是最严重的。显然，放大器的级数越多，零漂越严重。 由于零漂的存在，我们将无法根据输出信号来判断是否有信号输入，也无法分析输入信号的大小。 本设计中的调零主要集中在LM741上，对该芯片的调零具体操作为，参照图14调整1、5脚连接的调零电位器，可使输出电压变为零。 这个过程就是运放LM741的调零。调零之后再进行各种运算电路的测量，测量结果才会准确。2.5.3 电路实现功能上的调试要进行这个方面的调试，首先要清楚每一级电路应该达到的功能效果。 第一级 电路是实现放大十倍的效果，该效果实际上就是低功耗、高精度的仪表放大器-INA128实现的，只要在电路的调试上没有问题，那该级的电路就可以实现应有的功能。该级的前端为差动输入，可以减小零漂，避免对直流信号的放大。 第二级 要实现的是50倍的放大，主要是对心电信号以外的直流信号用正负抵消的方法除去，可能出现的问题是在示波器上只有一条直线的显示，那是因为前级的直流信号未被抵消，且直流信号接近或超过了电源电压，使得前级的交流信号被压制，无法在示波器上显示出来，主要是调图7中的R10 可调电阻来抵消直流信号，如果还是有一点小的不完全满足，那就要调加法电路的调零电位器R26 。 第三级 是去除50Hz的中频信号，主要的调试是在R15和R17这两个可调电阻上，将它们的阻值控制在62 K和4 K（计算公式在2.3.3中有如、），其它方面不会有什么大的出入。其通过在示波器上的读值，描点后的幅频特性曲线如下图16 带阻电路示波器上的图形 第四级 要求只保留0100Hz低频信号，这个和第一级调试相同，主要是焊接上的再次检查，只要电路没什么问题，就可以得到应有的功能效果。其通过在示波器上的读值，描点后的幅频特性曲线如下图17 低通滤波电路幅频特性曲线 最后一级 是对整个电路的完善，为了达到1000倍的放大效果，再用一个放大倍数为2倍的运算放大器，主要是调试R20 ,如2.3.5所述，出错的可能有前级的增益过大，那么可以在本级R20 前加电阻，其阻值应参考前级的增益（例如是10dB那就该改变该级的放大倍数到0.2倍即可）2.5.4 系统联调 只要按照之前的两大步骤进行调试，再将所有的电路一级、一级的联接起来，最后就会实现放大1000倍，输出0100Hz的低频信号，同时滤去50Hz的中频信号几个功能。图18 系统联调时电路的幅频特性曲线2.6 测试结果2.6.1 功能测试 通过双踪示波器显示，可看出两路相同的心电信号放大器可同时采集和放大标准I导联和标准II导联两路心电信号。 对测试人员，能在示波器上清晰地显示两路心电波形，波形为尖脉冲形。 通过对多名测试人员的测试（同组的其他学员）并用示波器存储的波形可看出，波形满足要求。2.6.2 参数测试 制作一路心电信号放大器，测量结果如下：a. 电压放大倍数的测量当输入f=70Hz,Ui=4.0mV的正弦信号，输出Uo=4.1V，则Av=1020，误差为2%b. -3dB低频截止频率：在电路中我们采用了直接耦合电路保证了-3dB低频截止频率小于0.5Hzc. -3dB高频截止频率：实际测量值为102Hzd共模抑制比：Ui=5V，Uo=0.53 V，所以Ac=Uo/Ui=0.53 /10=0.0533又Ad=1020，所以由公式 对一位组员进行实际心电图测量。a. 心电波形大致如右图所示：b. 放大器的等效输入噪声：实测，U=12V时，等效输入噪声2.5mVc. 观察示波器心电信号夹带的杂波，其峰-峰值2.8mV2.6.3 测试结果参数的分析本系统完成了以下几个方面的设计： 信号放大部分完成对心电信号的放大、并且对信号进行低通滤波，电源干扰信号滤波（50HZ带阻）。 电源供电系统，提供系统所需的+、-12V，+5V，并满足纹波电压小于3毫伏。2.7 特色与创新由上述测试结果可以看出本系统较好地完成了题目的基本要求，并且在信号放大电路设计方面有所创新，在放大电路中采用了仪表放大器 INA128这样尽可能避免共模杂波讯号的干扰和减少电路的复杂度，提高系统的性能，可在低频慢扫示波器上清晰、稳定地显示人体的两路心电图。3 结论本系统在设计上分为模拟电路部分及数字电路部分。模拟电路部分由放大、带阻、低通滤波三部分组成，其中放大电路部分应用了集成仪表放大器 INA128，使心电放大器达到较高的共模抑制比；此外，还采用了模拟有源滤波电路，使输出信号达到较高的信噪比。4 致谢首先感谢本人的设计和论文辅导教员郑庄武教授，该设计是在他的大力支持和协助下才得以如期完成，不但教会我这次毕业设计的相关知识，还使我将自己多年来所学的知识融会贯通起来，充分的整理了自己的知识体系，在总结自己收获的同时，深刻的体会到自己的动手能力较差和所掌握的知识远远不足，明白到仍需要继续学习，积累。在此还要感谢为本人毕业设计提供实验场地的高教员和实验室的其他教员，她(他)们给了我一个安静的环境进行设计，还给了我足够的元器件去修改和调整电路，为我毕业设计的顺利进行创造了不可或缺的条件。5 参考文献刘良惠，程皓.标准电子电路实用手册.长沙：湖南科学技术出版社，1992年2月。任永益，刘蔚东.电子技术.长沙：国防科技大学出版社，1993年8月。吴丙申，卞祖富.模拟电路基础.北京：北京大学出版社，1997年1月。王振宇，李惠敏.实验电子技术.天津：天津大学出版社，1998年6月。谢嘉奎.电子线路（线性部分）.修订四版.北京：高等教育出版社，1999年6月。郝国法.电子技术基础实验.北京：冶金工业出版社，1999年10月。何书森，陈晶.实用模拟电路原理与设计速成.福州：福建科学出版社，2002年6月。张洪润，唐昌建.电子线路及应用.北京：科学出版社，2002年12月。Arpad Barna. 0PERATIONAL AMPLIFIERS. John WileySons.Inc.,1971John D.Lenk. Handbook of Electronic Circuit Designs .Prentice-Hall,IncEnglewood Cliffs,1976P.R.Gray, R.G.Meyer. ANALYSIS AND DESIGN 0F ANALOG INTEGRATED CIRCUITS.John Wiley Sons, 1977Charles A.Holt. ELECTRONIC CIRCUITS Digital and Analog.John Wiley Sons, 1978D.L.Schilling,C.Belove. ELECTRONIC CIRCUITS: Discrete and Integrated.McGrawHill Book Company,1979Walter G.Jung.IC OpAmp Cook Book .Haward W.Sams Co.Inc.,1987通过上网.电子之城 04/EDA/m.htm.学Protel99se的基本操作6 外文原文及译文6.1 外文原文From CHARLES AHOLT .ELECTRONIC CIRCUITS Digital and Analog.12-1 Basic amplifierStudies the amplifier, we first analyze the circuit of the chart 121, it contains a bias in the enlargement area NPN transistor. Although base sector width W is the collector voltage function, but in order to cause the discussion to simplify as far as possible, will neglect this secondary effect. Therefore, IES and aF regard as the constant. MarkIn here as well as in entire this book, uses the standard symbolic representation electric current and the voltage. The electric current is iB is iB=IB+ib (12-1)When Vi for zero, chart 121 electric circuit is called the static state, namely is at the dormant state, the static base current is IB；when Vi is not the zero, difference of joint current iB and the quiescent value is ib. Mark ib expresses the increase electric current, also is called ib signal component. Attention: iB ，IB ，ib the custom reference direction take flows in the component the B end as. VBE expression from base extremely B to emitter electrode E loss of voltage, similarly wrote it quiescent voltage VBE and sum of the increase voltage Vbe. Chart in 121 electric circuit Vbe is Vi. In brief, the lowercase letter raises writes the subscript to express various joint currents and the total voltage; The capital letter raises writes the subscript to express various static quantity; The lowercase letter belt small letter subscript uses in various increases variable. Stated not specially that, the electric current reference direction take flows in the component as. The voltage reference direction uses the double subscript, when or attempts in likely 12l Vo such with the positive and negative symbolic representation, then Q voltage and the electric current refer to the static quantity.Chart 121 the amplifier14th chapter operational amplifierExcept that preceding flees has discussed altogether shoots, altogether the collection and altogether outside the base electric circuit, but also has another kind of specially important basic configuration, this is the differential amplifier. It has two signal voltage to input Swiss and an in proportion to input signal interpolation output. Frequently, from provides the negative feedback in the bleeder network to withdraw the output a part of achievement input voltage; But sometimes, an input end sweet and crisp earth. In these two kinds of situations, the differential amplifier all turns only then an input and an output single end amplifier.We will see to, the differential amplifier might process the big signal but not to have the oversized nonlinear distortion, moreover this big dynamic range will be one of its multitudinous characteristics. Because bias not big time input impedance for center to high impedance, therefore the supply oscillator load cannot be overweight. In the low frequency work (including direct current) is possible. Its electric circuit structure suits the sub-integrated circuit manufacture specially, thus the most linear integrated circuit contains level or the multistage differential amplifier. This kind of electric circuit example includes: The analog computer network, the monolithic voltage - stabilizer, the video amplifier, simulate the comparator and the operational amplifier. And following several deaf center enlarges in this chapter the operation 2E multi-purpose and the versatility does the key point is correct.The operational amplifier is has the difference input level the multistage structure, its characteristic for the voltage gain big, the input impedance high and the output impedance is low. It widely uses in many different types linearity and in the nonlinear circuit. Using involves to the measuring appliance electric circuit, the special use linear amplifier, the oscillator, has the clothing filter and other electric circuits. In fact, every request is inexpensive voltage amplification situation, all should consider uses the operational amplifier. This chapter studies the operational amplifier some basic characteristics, certain applications also including. Other questions then proposed in the following several chapters. Shows in 15 chapter and in 17 chapter and succinctly discusses three kind of different operational amplifiers the electric circuit, let us from the differential amplifier start study.141 Differential amplifierEmitter coupling amplifierHas each kind of type the differential amplifier. The common electric circuit structure is arranges two BJT emitter electrode the increase series. Solid illustration in chart 141 a. The ideal current supply provides constant direct current Idc in this electric circuit. Therefore, to emitter current increase ingredient ideal current supply for leads the way. Its increase electric circuit has chart 141b the f