医用电子学实验

1、医用电子学实验报告班级：生物医学工程121 班姓名： xxx学号： xxxxxxx实验一心电图（ ECG）前置放大器一、实验目地1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理。2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响。3、加深对生物电信号和生物放大器的理解。二、实验设备EWB5.12仿真软件三、实验原理及设计思路下图是用三个运算放大器构成的一个实用的人体心电信号检测的前置放大器，两个氖灯作为电压限幅器。一旦两端的电压超过其击穿电压，则氖灯迅速导通，使其两端的电压降低接近于0 伏，从而保护放大器， R11 用来调节电路的共模抑制比。图2-1三电极心电前置放大器按图 2-1 连接，开关置于图中位置时

2、（输入信号为模拟仿真后，实验结果如图 2-2 所示：100u/50Hz正弦信号），进行电流表直流档电流表交流档图2-2图 2-1 所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据特性， R5、 R6、R7 中的电流相等，得到A1、A2、A3 的理想U 01U i1 U i1 U i 2 U i 2 U 02R5R7R6从而导出（ R6=R5）(U 01U i 1)R5(UR7(U i 2U02)R5(UR7i1U i 2 )i1U i 2 )以上二式相加得(U 01U 02 ) (1 2R5 )(U i1 U i 2 )R7注意到U 0R10 (U01 U02)R8则差模增益为AdU 0R10

3、 (1 2R5 )U i 2 U i1R8R7只要调节R5，就可以改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。四、实验内容及步骤1、用 EWB 软件按图 2-1 三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元件参数、创建电路，接入示波器，并保存电路。2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1 中。当开关连接 100u/50Hz 的正弦波信号时，示波器波形如下图所示：当开关连接 0.1mV/50H/90%

4、的矩形波信号时，示波器波形如下图所示：当开关连接 0V 的正弦波信号时，示波器波形如下图所示：表 2-1 三电极心电前置放大器实验记录表输出模拟输入示波器（波形）万用表交流档直流档100u/50Hz2.2990mv1.7990mv正弦波0V0.000mv1.7990mv矩0.1mV/50H/90%形689.1mv-270.1mv波3、计算放大倍数，并记录与表2-2 中。表 2-2模拟输入输出（万用放大倍数放大倍数表交流档）计算值正弦波100uV/50Hz2.2990mv22.99234、将模拟正弦信号调整为零（ Vi=0），测量出此时的输出电压（零漂） ；改变 R11 的数值使零点漂移最小，记

5、录下 R11的数值；将三只运算放大器设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表 2-3 中。表 2-3模拟输入为零输出（万用表直流档）（ Vi=0）R11=10KR11=10.00825K理想运放正弦波0V/50Hz1.7990mv-6.6075uV0当 R11 取 10.00825K时，万用表显示的数值如下图所示：实验二有源低通滤波及50Hz 陷波器一、 实验目地1、加深对有源滤波及50Hz 陷波器的认识和理解。2、认识有源滤波器生物信号处理中的意义。二、 实验设备EWB5.12仿真软件三、 实验原理有源低通滤波通常由 RC 网络和集成运放构成，利用它可以突出有用频率的信号、抑制干扰、噪声，或

6、者衰减无用的信号，达到提高信噪比或选频的目的。四、 实验内容及步骤1、一阶低通滤波器图 3-1 一阶低通滤波器由图 3-1 电路可知，电路的传递函数为记： H0R 2为通带增益，故上式可写作：R 1H SH 0?SR 2C1考虑到：w=w =1时，并注意到：S=jw ，则0R 2CH0即下降 3个分贝H ( jw)2故一阶低通滤波器的通带截止频率为1f02 R2C1) 按图 3-1 接线，用波特图示仪测量通带截止频率，填入表2-1，并绘出其波特图。一阶低通滤波器通带截止频率为100.0Hz，其波特如图所示：表 2-1测量值计算值通带截止频率100.0Hz97.08Hz2）将电路中的理想运放改为

7、LM741，观测并记录其波特图。将理想运放改为LM741 后，其波特图如图所示：2、二阶低通滤波器图 3-2 二阶低通滤波及波特图由图 3-2 可知，电路中 R1 和 C2 构成两个反馈支路，其反馈的强弱均与信号的频率有关，图中的运放可以看作无限增益（指理想运放）的放大环节，因此被称为无限增益多路反馈滤波电路。其输出电压与 C1 上电位的关系是U 0 S1SU C1SR3C2据节点（ R1、R2、R3、C1 相连接的点）电流法可得U i (S) U C1(S)(S)SC1UC1(S) UC1(S) U0(S)R1U C1R3R20解以上两式组成的方程组，可得传递函数如下：R3H (S)R11

8、SC2 R2 R3 ( 1 1 1 ) S2C1C2 R2R3R1R2 R3通带截止频率及 Q 值为：f P53 7 f00.37 f0f 0122R2 R3C1C2Q (R1 / /R2 / /R3)C1R2 R3C21）按图 3-2 接线，用波特图示仪测量通带截止频率，填入表2-2，并绘出其波特图。表 2-2测量值计算值通带 截止28.54Hz29.4Hz频率其通带截止频率为28.54Hz，波特图如图所示：2）将电路中的理想运放改为LM741，观测并记录其波特图。将理想运放改为LM741 后，波特图如图所示：3、双 T 带阻滤波器（陷波器）图 3-3双 T 带阻滤波器用 Y-变换技术，可推

9、导出双 T 网络的传递函数为1(SRC)2H S21S4RCSRC?当 1w o 时， H(wo)=0，即中心频率为RCf 012 RC1) 按图 3-3 接线，用波特图示仪测中心频率、填入表 2-3 中，并绘出其波特图。表 2-3中心测量值计算值频率52.21Hz51.75Hz双 T 带阻滤波器中心频率为52.21Hz，波特图如图所示：2）将电路中的理想运放改为LM741，观测并记录其波特图。将理想运放改为 LM741 以后，波特图如图所示：实验三电压 -频率变换器一、实验目的1、认识压 -频变换器在遥测系统、各种生理信号的检测中的应用价值。2、掌握一种压 频变换器电路原理。二、实验设备EW

10、B5.12仿真软件三、实验原理电压 频率变换电路简称压 频变换器， 其输出信号的频率与输入电压成正比，压 -频变换器将输入电压变换成矩形波，简写作 VFC。压 频变换器在遥测系统、各种生理信号的检测中有极广泛的应用。实验电路如图 4-1 所示，整个电路共用了三只运算放大器。图 4-1 三运放电压 频率变换器A1 为积分电路，积分电容的充、放电时间常数不同，且充电时间受输入电压（由电流源、可调电阻器构成）的控制。A2 是同相输入滞回比较器，它起到开关作用，其输出通过电阻，二极管反馈到积分器的输入端，当它的输出电压u02 =+Ucc 时，二极管截止，输入电压经电阻 R1(100K)向电容 C(10

11、00pF)充电，输出电压u02 逐渐下降，当 u02 下降到零再继续下降使运放 A2 同相输入端的电位低于零时， u02 由+Ucc跳变为 -Ucc，二极管由截止变为导通，电容放电。由于放电回路的等效电阻比重点电阻 R（1 1000K ）小得多，因此放电很快， u02 迅速上升，使 A2 的 u+上升很快大于零， u02 很快从 -Ucc 跳回到 +Ucc，二极管又截止， 输入电压经电阻 R1 再向电容充电。 如此周而复始，产生震荡。A3 是反相器，上周边的二极管、电阻电容等组成波形整形、滤波电路。由上面分析可知，电容放电的时间很短， 因此振荡周期近似等于电容充电时间 T1，它可由下式求出：T

12、 1 1 U其中是 A1 输出锯齿波电压得峰值，并设U1 在 T1 时间为常数，则可得T1U O1m2R1CU 1因此振荡频率是111 U 1fT12R1C U 01mT可见震荡频率与输入电压成正比。四、实验内容及步骤1、按图 4-1 电压 频率变换器电路图接线， 设置各元件参数、 创建电路，接入示波器，万用表，并保存电路。2、激活仿真电路，用示波器观察波形、读取实验数据，并记录与表4-1 中。表 4-1可 调 电阻（ %）102030405060708090100万 用 表49.9599.8149.6199.2248.8298.2347.6396.8446.0495.0（ mV）测 量 周40.389820.101913.445810.07768.06615.85015.82135.07694.50013.6505期 T ( ms)频率 25507499124171172197222274Hz=1/T注：可调电阻，按照缺省的设定，每按动一下热键“R”，电阻值减小5%，若使用“ Shift+R”，每按动一下，电阻阻值则增大5%。3、 将可调电阻置于50%，测量出锯齿波的U01m，计算出振荡频率f, 并与表 4