交流脑电放大器设计报告参考模板

交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告1/151/15交流脑电放大器设计报告3004202324-1—孟琳一概述脑电信号的测量是反映大脑电活动的重要指标。它是用放在头皮表面的电极检测并放大与大脑神经有关的生物电位。临床上常用于诊断颅内病变，探讨脑疾病的演变过程和药物疗效观察等等，具有很重要的意义。 脑电是非周期信号，无论在幅值方面还是相位和频率方面都是连续变化的。脑电按频率分可以分为5种€:0.5〜4HZ20-200卩V熟睡严重或脑疾时出现，:4〜8HZ 情绪不好时出现a:8〜13HZ200〜100卩V安静时13〜13〜40HZ5〜20卩V 紧张时出现…:22〜30HZ及更高频率 2卩V我们设计的脑电放电器主要放大以上信号，其中以a波为主。二系统设计所以电路设计通带为0.5〜100HZ所以电路设计通带为0.5〜100HZ。(1)整体参数设计头皮表面脑电信号范围是1〜100卩V,所以整个信号放大2400倍，输出0.0024〜0.24V脑电信号频率范围为0.5〜100HZ,输入短路噪声3卩V以下。 第一部分和光电耦合的前部分需要另外用电源（3）各部分参数分配： 第一部分和光电耦合的前部分需要另外用电源（3）各部分参数分配： 第一部分前置放大器放大倍数为4,CMRR〉=80dB,Rin〉5M€ 无源高通RC耦合放大器的低频响应0.5Hz 仪表放大器放大倍数50光电隔离增益为1高通与放大低通滤波器50HZ陷波器后级放大 第二部分 第三部分第四部分第五部分 第六部分（4） 运放均为LM324。 （5） 前端电路±5V供电，后端电路土12V供电。三单元电路设计 高通截止频率0.5HZ,放大增益为2 低通截止频率100HZ 增益为6倍设置保护电路 作为生物医学测量的生物医学放大器在前级设置保护人体安全和保护放大器的电路是很必 要。保护电路使通过电流保持在安全水平，同时考虑到作用于人体的其他医学测量设备或 可能重在的某种干扰对放大器的破坏作用。保护电路要求在输入出现5000V高压时不会损坏电路，二级管D1~D4选用低漏电的微型二极管IN4148，其最大允许通过的瞬时电流是100mA，因此限流保护电阻选R0=R0'=50K'Q。 前置放大器 根据脑电信号的特点，其前置放大器应满足以下几个要求：1） 高输入阻抗。被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻 的影响，必须提高放大器输入阻抗。一般情况下，信号源的内阻为100kQ，则放大器的输入阻抗应大于5MQ。2） 高共模抑制比CMRR。人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰， 一般为共模干扰。前置级须采用CMRR高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。共模抑制比应在80dB以上，最好高于100dB。3）低噪声、低漂移。主要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出稳定。参数选择 a由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此， 生物电放大器的前级增益不能过大，避免放大到后级饱和失真，本电路选为B1=4。同时由 于存在比较大的电极电压，导致工作点产生漂移。为使其不致偏移出放大器的线性工作区, 要求前置放大器有宽的线性工作范围，以使心电信号不发生波形失真。 b由于信号源内阻可达几十K'Q、乃至几百K'Q,所以，生物电放大器的输入阻抗必须在几 MQ以上。故前级形式上采用&、A2并联的高差动输入阻抗的放大电路，在理论上，若运放理想，因并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大，使共模抑制比也无穷大；理论其共模抑制比与外围电阻的精度和阻值无关。 c实际差动放大电路的共模抑制比受到放大电路的闭环增益、外围电路电阻匹配精度以及放 大器件本身的共模抑制比（CMRRD）等诸多因素的影响。 d除有源器件外，各回路的电阻均贡献噪声，而且与其在电路中的位置有关。与&、a2端相交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告连的R「虬的噪声相对影响最大。在低噪声设计中除了认真选择低噪声类的电阻外，在有源器件福応许条件下，尽量选择低阻值的外回路电阻。前级总等效输入噪声电压与(1+2R/RJ成反比，适当加大R/R值有利于降低噪声。实验表明，当(R/R)<5时，噪声有明显而而加。2 1 2 1仪表放大器AD620AD620是一种只用外部电阻就能设置放大倍数为1-1000的低功耗、高精度仪表放大器。尽管AD620由传统的三运放放大器发展规律而成的，但一些主要功能却优于三运放的仪表放大器设计，电源范围宽(±2.3V〜±18V),设计体积小，功耗非常低(最大供电电流仅为1.3mA)。因而使用于低电压、低功耗的应用场合。TCfi¥E項且規格特性備工增益範団1-1000只糖一個電阻即『1誕定宣源供應範何q*■■-工1阪低耗電量maxsupplyciurenc=1,3mA可用電池駆物•方便應用於可攜式器材中精確度高4()ppmina^itmuunonlinearity：lewqifactvoltageof50Vjufik.:offtetdriftof0.6tj.V/Vmax.低雜凱Lowinputvoltagenoiseof9uV/-/h：ai1kHz.應用場益配G量测與醫療器材、壓力量测、VZI轉臓、賃料槪取余统…等-放大倍率计算公式：共模抑制电路右腿驱动电路体表驱动电路是专为克服50Hz共模干扰，提高CMRR而设计的，原理是采用以人体为相加点的共模电压并联负反馈，其方法是取出前置放大级中的共模电压，经驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告动。通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰是非常严重。而使用右腿驱动电路就能很好地解决了上述问题。下面两个图片就是右腿驱动电路主要构成。其中反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。右腿不直接接地，而是接到辅助放大器A的输出端从两电阻的结点检出经辅助反向放大O o器放大的供模电压。可以在很大程度上抑制共模干扰.综合以上几部分的总电路光电隔离心电放大器的漏电流会使做心电检测的对象受到电击。为保证安全，必须采取隔离措施将与受检者相连的输入部分和前置放大部分的地线同同整机的地线相隔离参数说明：光电

电路R1=R2=R3=1KQ光电

电路前级电路把输入电压信号转换成与之正比的电流信号，经光电耦合器耦合到后级,耦合器中的硅光敏三极管输出电流信号。第二个运放将电流信号转换成电压信号O中的三极管补偿光电耦合的非线性。VS=5V,电池5V供电；VC=12V,为交流电稳压到12V后直接供电;光电耦合用TLP521-1R6=R7=33OKQ,C1=1卩E,fo=0.48HZ高通(主要用于隔直流)与放大

参数说明:RC=10卩g,R=200KQ,Rl=400KQ，放大倍数Adv2=i=2R因为光电耦合后，可能出现直流的漂移，所以电容来隔直流。六阶高频信号滤波电路（低通电路）高频滤波可用专用开关电容多阶滤波器或巴特沃斯滤波器或其他滤波电路，时间常数可用一般的RC电路。设计中选用巴特沃斯滤波器。不同阶数的巴特沃斯低通滤波器的幅频特性不同,滤波器的阶数N越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近于理想幅频特性。一个N阶滤波器可以用多个二阶滤波器（n为偶数时）或一个一阶滤波器和多个二阶滤波器组成（n为奇数时）。在设计中用六三阶阶滤波器就可以了。将三个二阶滤波器参数说明：截止频率f0=100HZ根据归一化公式得R1=R2=R3=R4=R5=R6=10KQC1=C2=0.15€F,C3=0.22卩F,C4=0.1卩F,C5=0.67卩FC6=0.047€F消除50HZ共频干扰用手触摸示波器便能观察到人体上耦合的50HZ电压波。如图所示Cd1为人体50HZ，220V馈电线之间的分布电容。Cd2为人体与大地之间的分布电容。Cd1vvCd2.若取Cd2=10Cd1。人体Ucm=Cd1e“X220卩=20V完全淹没生物信号，即使采用差动放大器。Cd1+Cd250HZ干扰电压作为共模电压，也会超过放大器输入端的动态范围，所以交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告对50HZ干扰做单独处理。带阻滤波器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，经常用于电子系统抗干扰。在设计当中尤其要注意带阻滤波器防止发生如切频等情况。在«=50Hz之外的信号可以通过，而在陷波处把要滤除的信号滤除掉。设计中采用RC双T带阻滤波器。采用LM324构成的双T网络进行限波。限波50Hz,由于双T网络中，限波频率对电容、电阻的匹配很敏感；当选择1%电阻和5%的电容时能产生好的滤波效果. 理论上，33.8K'Q的电阻在实际连接的过程中为29.6K'Q,使陷波的频率在49.5~50.5HZ参数说明：计算的理论参数：R1=R2=68K'Q R3=34K'Q电位器R5=20KQ（调节陷波深度）R4=500K€C1=C2=0.0047卩FC3=0.1卩F1fo= =49.79HZ2,RC1 1实际选用的参数：R1=R2=60K€,R3=30K€,C1=C2=0.0056卩F,C3=0.1卩F说明：双有源滤波器用来抑制工频干扰。接成电压跟随电路，输入阻抗高，输出阻抗低,同时可以提高滤波器的带负载能力。调节R5可以调节中心频率。后级放大器11R3 R1负反馈放大6倍（后加了一个可变电阻来调节增益）,加高通滤波，隔断由于放大器失调产生的直流电压。参数说明：C1T00卩gRl=20KQfo=O.5HZ,R3T20KQAd=6稳压电路采用的是三端集成稳压器上端电路输出+12V,下端电路输出一12Vo电路的前端为全波整流电路。TS1220Q上端电路输出+12V,下端电路输出一12Vo电路的前端为全波整流电路。TS1220Q0.1111F200uF.LOOOuF~ro.iiuFLOOOuF79127812输入端正常的输入电压为20-50V。所以经过整流后的电压必须在这个范围内，才能得到稳定的输出，输入电压至少要比输出电压高2〜3V。电路中接入的电容1000€F、0.11€F用来实现频率补偿，防止自激振荡、减小高频噪声和改善负载的瞬态响应o200€F用以减小由输入电压引入的低频干扰。D为保护二极管，当输入端短路时给一个放电回路,防止调整管的发射结击穿。前面的变压器将220V降压到20〜50V。三端稳压价格十分便宜，网上报价为0.79元。小结：原设计用DC/DC隔离但在实验中由于资金问题没有用DC/DC隔离转换，前级用电池供电前置放大的运放采用的是LM347,为减少噪声，得到更高的共模抑制比交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告交流脑电放大器设计报告附:ft■TTLP521-1参数ft■T项 II号TLP521-LTTT521-2TLP5214眞应発光側广点麗電说川7050mA俗4膜’应潴惧讀率-0.93(Ta^5QT)-0.5〔TE建）mA/T「"亲Hi!電流iff1A1：流逆電Vr5V受光惻uL-夕夕•工…夕間電压vceo55V工W八nJ。9間電圧VECO7V二,• •？土電浪ic50mAP■）歹損为〔1冋路｝Pc150LOOmW二L夕中也发低浊率（TaW湖E）（l回路）刖伊0c-1.5-1.0mW'X指件邮m皮Tji5T他 咋 旧 度丁顾-56-1MP供 何 诅 度T?tg-55*125T此兀之甘|；温度（L0秒｝俄4】Tsd260Tid 容損1FT2g0150mW許容損失-丘渡率（Th=鋪端版t）（l|慵｝-2.5-1.5mWfiC絶 縁 成 1"：*3｝BVS25(甫最大定梧m品代）TLP5S14S：管脚图，宀LM324主要参数电压增益100dB单位增益带宽1MHZ单电源工作范围3V〜30V输入失调电压2mV（最大值7mV）输入失调电流5nA〜50nA输入共模电压范围V-〜V+-1.5V（双电源时）输出电流40mA放大器间隔度一120dB测试报告-前置放大部分（1） 静态工作点将放大器两输入端对地短路，测量输出电压V=6.9mV卩（2） 输入噪声按（1）测出电压，计算输入噪声Vin=?=0.054mV

（3）输入阻抗将输出接地，用万用表电阻档测量两个输入端Rin=42.2M€在输入端串联一个电阻，测量串联电阻后的输出电压Vol然后再测出不串联该电阻时的输出电压Vo2，根据该电阻所分得的电压，计算输入电阻（4） 输出阻抗Rout=0.6€（5） 差模增益将电压接到一个输入端，另一端接地，测量输出电压，计算差模增益Vi=18.45mV,Vo=2.32VVAd=広=126i（6）共模增益将放大器输入端共同接同一电压，记入输出电压，计算共模增益Vi=2V Voc=0.035VVAc=-oc=57V（7）计算共模抑制比A（7）计算共模抑制比=77CMRR=20lg|K1(dB)=77c由于共模抑制比不够高，所以波形的噪声较大，信噪比不高。（8）零点漂移将放大器的输入对地短接，相隔10分钟，用示波器两次观察输出电压的变化并计算V-V零点漂移=|f O1|=0.99mVKh二光电耦合理论上不应有放大的，但却放大了3倍多，跟同学讨论后认为可能是温度对光耦器件的影响导致的）输入电压（V）输入电流（mA）输出电压（V）输出电流（mA）电流传递函数1.0012.952.96Io=2.98Ii1.51.54.454.44721.986.006.002.382.367.107.09三低通滤波器理想截止频率为100HZ输入电压为12.2V，测量的电压数据列表80.74HZ90.04HZ94.2HZ96.53HZ100HZ109.1HZ12.20V10.20V9.00V8.45V(0.707)7.65V6.05V115.