肌电放大器.doc

肌电放大器（交流供电）设计报告测试报告学号：30042023333专业：生物医学工程班级：04级一班姓名：杨益民 日期：2007年1月18日肌电放大器（交流供电）设计报告肌电图可以为骨骼肌及其神经支配的生理状况提供重要的信息。当运动单位发生各种病理变化时，均会出现异常肌电图波形。根据神经肌电活动的变化可以确定病变来自哪个部位、形状和病变程度等，对病理过程不同的各种疾病做出区别，以供诊断。一般用体表法和微电极插入法记录肌电图。体表记录肌电图比较方便简单，但不能记录深部肌肉的电位。同时，在记录体表肌电时，很容易受到其他体表信号的影响。在记录深部肌肉或者某一运动电位的肌电图时，常采用单极、双极或者多极的插入式电极来记录肌肉的一个小区域的局部电活动。肌电信号的幅度范围为010mV（峰峰值），有用信号的频率范围被限制在0500Hz，并且肌电信号能量主要集中在50150Hz范围内。下图显示了一个表面肌电信号和其功率谱。设计目的和应用 设计目的：本设计主要作用于肌电信号的放大和检测，来获得可以在示波 器上显示出来的肌电信号波形。 应用：1.医院肌电的临床检测。 2.健身房里人们运动程度是否过度的检测。肌电信号的关键参数和放大器放大倍数幅度：20V5mV主要频率范围：10Hz500Hz 放大倍数：1040-1120倍（一）.电源主线变压，整流，滤波，稳压220V，50Hz交流电变压整流12V直流输出滤波稳压（二）.信号主线肌电信号10Hz高通滤波六阶500Hz低通滤波光电隔离前置放大电路主放大电路主放大电路50Hz陷波器（1）.高通隔直 图：一阶无源高通电路 fo1/2R1C110Hz （2）前置放大电路放大倍数A149.4/Rg100（3）光电隔离 图：线性隔离放大器该电路又称隔离放大器,如图所示,电路的核心由2个光电耦合器V1 和V2 。V2 和R3 组成输出级;V1 和V2 的初级串连,共用同一激励电流I1 ;V1和R2 模仿输出形式,组成负反馈电路。设V1 和V2 的电流非线性传输函数分别为g1 ( I1) 和g2 ( I1) 。 即I2 = g1 ( I1) (1)I3 = g2 ( I1) (2)A 是单电源运算放大器,根据理想运放的概念,有下列关系:Ui = UA = I2 R2 Uo= I3 R3G = Uo/ Ui = I3 R3/ ( I2 R2) (3)将式(1) 、式(2) 代入式(3) 得G =R3g2 ( I1)/R2g1 ( I1) = Kg2 ( I1)/g1 ( I1)式中K = R3/ R2如果V1 和V2 是同型号光电耦合器或是同一封装的双光电耦合器,那么,可以认为它们的传输函数的温度特性和电流非线性是完全一致的,即g1( I1) = g2 ( I1) ,则G = K。常数K 即为该隔离放大器的电压传输比。由此可见, 利用光电耦合器V1和V2 电流传输系数的对称性,一个作输入,一个作反馈,可以巧妙补偿其非线性。 （备用方案） 同相电压电流转换电路部分 ViEI（RsRw） 光电耦合电路部分 IoI （为电流传递系数）电流电压转换电路部分 IoVcc/R1Vo/R2 由可得 Vo=R2（ViE）/(RsRw)Vcc/R1（4）六阶500Hz巴特沃思低通滤波电路计算：1.查表，得六阶巴特沃思低通滤波器的电阻值为C1=1.035F ,C2=0.9660 F, C3=1.414F，C40.7071F，C53.863F，C60.2588F。2.频率变换因子 FSF=6.28500=3140。3.取Z=10000 。4.根据公式C=C/(ZFSF)和R=RZ ，得C1=0.033F, C2=0.031F, C3=0.045F，C40.023F，C50.123F，C60.008F ，R=10K欧。5.再根据电容标称值和电阻标称值做出最终的选择：C10.033F，C20.033F，C30.047F，C40.022F，C50.1F，C60.01F ，R10K欧。得出的六阶巴特沃思低通滤波器如下图。（5）后级放大电路可调倍数ARf/R1（10倍） 截止频率粗略计算：fH1/2C2（Rf+Rw+R1） fL=1/2C1R1（6）50Hz陷波器 陷波中心频率： fo=1/2RC 品质因数：Q1/4（1） 带宽：Bfo/Q设计小结：（1）本设计的创新点：1.光电隔离部分采用了新型线性隔离放大器，可以很好的补偿光电耦合器的非线性。2.50Hz陷波器采用两个同阻值的电容并联，这样可以使得陷波的参数更准确，陷波的效果更好。（2）设计中的缺陷：由于没有合适的电源隔离芯片。电源没有设计隔离。光电隔离放在前置放大后，前置放大部分的电源就只能由电池供电或者由交流电处理后（未隔离）的12V供电（有交流220V漏电的危险）。 肌电放大器（交流供电）测试报告（一）.电源主线变压，整流，滤波，稳压部分 测试结果：输入220V交流电，输出OUT112.08V，OUT211.98V。 （二）.信号主线 整体测试参数：1.差模 Vi20mV，Vo18.5V，AVD=907.5。 2.共模 Vi2.555V，Vo8.96mV，AVC=0.035。 3.共模抑制比 KCMRR20lg(AVD/AVC)=88.26dB。 4.静态工作点 各点的静态工作点都小于6.0mV。 5.输入阻抗 Ri130M，输出阻抗Ro0.52。 6.零点漂移|V02V01|/Kh=0.002mV。 7.输入噪声VinVo/AVD=6.0mV/907.50.066mV。 8.幅频特性 （输入10mV）频率（Hz）36.940.945.0948.0250.0955.5664.46输出（V）9.0759.0757.104.202.709.0759.075频率（Hz）132.7165.4210.4305.1400.0500.0632.1输出（V）9.0759.08.07.05.03.01.0(1).高通隔直 图：一阶无源高通电路 fo1/2R1C110Hz 测试结果：（输入为幅度2V的正弦信号） 截止频率fo10.9Hz频率(Hz)7.39110.913.0315.7218.94输出幅度(V)1.01.411.611.822.0 (2)前置放大电路放大倍数A149.4/Rg100测试结果：1.差模：Vi10mV，Vo1V，AVD100。 2.共模：Vi10V，Vo2mV，AVC0.0002。 3.共模抑制比：KCMRR=20lg(AVD/AVC)=113.9dB。 4.零点漂移|V02V01|/Kh0.0005mV。（3）光电隔离测试结果：在10Hz500Hz频率范围内，输入1.15V正弦，输出1.04V的正弦。放大倍数A0.91。(4)六阶500Hz巴特沃思低通滤波电路测试结果：fo481.2Hz 输入2V正弦 放大倍数A1.0频率（Hz）88.24159.77229.53332.94432.89464.15481.2500600700输出（V）2.001.901.801.701.601.501.411.300.780.40（5）后级放大电路放大倍数ARf/R1（10倍）测试结果：fo474.0Hz 输入200mV正弦 放大倍数：A10频率(Hz)6.8910.513.6315.6218.84108.24159.77输出(V)1.081.411.611.822.02.01.90频率（Hz）228.53326.94425.89454.15474.0510.2598.6输出（V）1.801.701.601.501.411.300.78（6）50Hz陷波器 陷波中心频率： fo=1/2RC测试结果：陷波中心：fo50.198Hz 带宽B5.26Hz （输入2V正弦）频率（Hz）47.33048.45049.13250.19851.85052.589输出（V）1.411.100.980.851.201.41 测试报告小结： 经实验证明：本人的设计最终可以检测到较好效果的肌电信号和心电信号。但本实验结果还有很多不完善的地方：1.光电耦合部分按照设计报告中的两种方案都得不到好的效果，（主要是信号传输不到下级）。所以我只能采用测试报告中的方法。（该光电耦合电路虽简单，效果却很好）。