河工大生物醫(yī)學電子學實驗報告

1、實驗報告生物醫(yī)學電子學實驗一 生物電前置放大器一、實驗目的了解三運放生物電前置放大器設計原理，掌握放大器的設計、調試和測量方法，熟悉protel軟件。二、實驗原理及說明1. 應用場合放大器的設計一般采用定性分析、定量估算、實驗調整結合的方法。在設計過程中，首先根據(jù)使用要求選擇放大器的放大倍數(shù)、放大器的級數(shù)和放大器的電路形式，計算確定各個電阻元件的取值，然后連接電路并實際測量放大器的各項參數(shù)，根據(jù)測量結果對電路進行適當調整，以滿足具體設計要求。2. 工作原理人體體表心電信號的幅值約為1-2mV，要求放大器的總放大倍數(shù)為40倍。本實驗采用三運放差動放大器，電路形式如下圖所示。設計時，要按照所給定的

2、電路形式，分配各級放大器的放大倍數(shù)，然后根據(jù)放大倍數(shù)計算出放大電路中各個電阻的阻值。3. 原理圖A1-+A2+-R4=3kR6=16kRw2=5kui2R1=8.2kR0=5kR2=8.2kui1A3+-A4+-R7=15kC1=1uFR5=24kR3=3kVo三、實驗內容與步驟l. 元件值設定根據(jù)教材相關內容和實驗原理，設定合適的電阻等元件值。2. 建立仿真電路圖熟悉protel軟件，按照圖中所示，選擇LM348作為運算放大器，建立仿真電路圖。 3. 電路參數(shù)調試(1) 靜態(tài)工作點：將放大器兩輸入端對地短路，觀察各級放大器輸出波形并記錄幅值，若各個輸出端均小于0.5V即為合格。(2) 差模增

3、益：將20Hz，1mv的正弦信號接到放大器的一個輸入端而另一端接地，觀察輸出波形，并記錄。計算差模增益：。(3) 共模增益：將放大器兩輸入端共同接2V/50Hz的正弦信號，觀察輸出波形并記錄的幅值，計算共模增益。(4) 計算共模抑制比：四、實驗要求認真閱讀實驗原理及說明，理解生物電前置放大的基本原理，獨立完成實驗，總結分析實驗結果，寫出完整的實驗報告，熟悉protel軟件的使用。 - 17 -實驗二 RC有源濾波器一、實驗目的1. 通過實驗，熟悉由運放組成RC有源濾波器的工作原理。2. 掌握二階RC有源濾波器的工程設計及安裝調試技術。二、實驗原理及說明1. 應用場合 用運放與少量RC元件構成的

4、有源濾波器具有體積小、性能好、調整方便等優(yōu)點。在信號處理方面得到了極為廣泛的應用。但因受運放本身帶寬的限制，目前僅適用于低頻范圍。2. 二階帶通有源濾波器 圖2-1是二階帶通有源濾波器的典型電路，實際上它是將二階低通濾波器電路中的一級改為高通而得。若取C1=C2=C，且，則它的傳遞函數(shù)可以寫成：圖 2-1 帶通濾波器與傳遞函數(shù)比較可得：由于，則該濾波器的帶寬為：這種電路的優(yōu)點是改變反相段RF與Rf之比值，就可以調整其帶寬，而不影響中心頻率。三、實驗內容與步驟1. 按照圖2-1所示電路畫出仿真電路，放大器采用LM324。2. 測量其幅頻持性，定出A0、f0和Q值，并與理論值進行比較。50Hz10

5、00Hz四、實驗要求1. 復習二階系統(tǒng)有關內容弄清實驗電路的基本工作原理。 2. 根據(jù)圖2-1所示帶通濾波器，計算出帶通濾波器的A0、f0和Q值，以便和實驗值比較。完成實驗報告。 二階低通濾波器基本原理： =0.90410=201791.22 32116.070 =0.1459實驗三 溫度測試一、實驗目的1、 了解PT1000溫度傳感器的特性及使用方法。2、 掌握溫度測試電路的原理及設計方法。二、實驗原理及說明圖3-1 溫度測試電路原理圖1、溫度測試電路原理圖如圖3-1。2、溫度傳感器由鉑電阻PT1000構成，鉑電阻一般以0.030.07mm的純鉑絲繞在平板型支架上，用銀導線作引出線。鉑電阻屬

6、無源器件，性能比較穩(wěn)定。PT1000是鉑電阻溫度傳感器，它適用于測量-60到+400之間的溫度。 PT1000在0時，阻值為1000，隨著溫度的變化電阻值成線性變化，溫度每變化1，電阻值相應變化3.90。3、測溫電路為恒流電路，即流經(jīng)Rt的電流是恒定的。當溫度變化時，PT1000溫度傳感器的電阻值相應變化，由于流經(jīng)溫度傳感器的電流不變，其上電壓隨著阻值的變化而變化,TEPvb點的電壓值亦隨著變化，它反映的就是溫度變化狀況，后邊由R85,R86,RW8和運放組成的電路將TEPvb點的電壓放大到0-5V范圍內供A/D轉換電路進行轉換。 在圖3-1中，假定U29的反相輸入(2腳)電壓為e1, 流經(jīng)R

7、t的電流是i1，則有以下公式成立：i1=(Vin-e1)/R84 （3.1）式中： Vin為2.5VTEPvb=e1-(Vin-e1)/R84*Rt （3.2）4、表征溫度的電壓量送入模/數(shù)轉換電路，MCS-51內的溫度測試功能模塊將其轉換成數(shù)字量，經(jīng)過處理換算，在PC機上顯示其溫度值。三、實驗內容與步驟利用鉑電阻溫度傳感器PT1000構成的測溫電路，將測得的溫度信號送入單片機處理，所測得的溫度值在PC機上實時顯示，溫度值范圍為0100。 溫度測試電路布局如圖3-2。圖3-2 溫度測試電路布局圖1、用連接線將主板和模板相連，連接方法是：將扁平連接線兩頭的插頭分別對應的插到主板和模板上的插座上，

8、如圖3-3所示，主板插座與其相同：圖3-3 模板插座示意圖2、 RW8是調整放大倍數(shù)的電位器，用電阻表測量RW8的阻值是否為5K左右，若偏離則調整RW8為5K，作為放大倍數(shù)的粗調。調整方法是，在不接線的情況下，測量2和3連接孔之間的電阻，調整電位器RW8，使其電阻達到5K，測好以后用插線將用虛線相連的兩個連接孔1和2連起來。圖3-4 調整放大倍數(shù)電位器【注：在測量電阻值時，應將電阻或電位器與電路斷開】3、 由于元器件參數(shù)存在差異，最好在測試前，將溫度傳感器放入恒溫液體（如水），用電阻表測量傳感器的電阻值，按照3.90對應1的關系換算成溫度，如果偏離此值，則調整RW8 。4、 不接溫度傳感器,用

9、插線將PT8的兩端（1000）與RT的兩端分別相連，如圖3-5。圖3-55、調零:調整RW7,使得運放U29的1腳輸出電壓(TEPvb)為零或者接近于零（一般為+1mv以內）。用電壓表監(jiān)測。圖3-66、滿量程調整: 將PT8與RT斷開，用插線將PT7的兩端（1350）與RT的兩端分別相連, 此時聯(lián)機測量溫度，顯示的溫度值應為89.7左右，如果不符合，調整RW8。7、依次分別將PT1PT8與RT相連，測量運放U29的7腳輸出電壓TEPvc，記錄各組數(shù)據(jù)，應符合實驗原理中式 3.2給出的關系式，繪出PT阻值與輸出電壓的關系曲線，觀察并驗證其線性度。PT1PT8阻值如表 3.1。由于電阻的離散性，實

10、際電阻值可能與表 3.1所列存在誤差，應以實際電阻值為準。PTiPT1PT2PT3PT4PT5PT6PT7PT8阻值（）10501100115012001250130013501000TEPvc(V)0.4900.9751.4641.9682.4622.9353.4230.008溫度值（）12.8/1.925.438.351.564.476.889.60.2表 3.18、將PTi與RT的連接斷開，接入溫度傳感器PT1000,用示波器（慢掃描）監(jiān)視輸出信號TEPvc，將PT1000放入0-100的液體中，溫度傳感器阻值的變化引起輸出信號波形變化，波形自起始點10%變化到穩(wěn)定點90%的時間t即為傳

11、感器的延遲時間，可用不同溫度的液體測量溫度傳感器的延遲時間。9、在實驗箱USB指示燈亮的情況下，點擊“溫度實驗”按鈕進入溫度測試。10、點擊“測試”按鈕，溫度測試開始，顯示的溫度值為攝氏溫度值，隨著溫度傳感器的信號的變化,顯示的溫度值不斷被刷新，顯示如下： 圖 3-7溫度的最小顯示值為0，最大值為100。如要停止溫度測試，點擊“停止”按鈕即可。11、 將PT1PT8與RT斷開，插入溫度傳感器，讓溫度傳感器暴露在空氣中，此時所測的溫度即為室溫。20.212、 將溫度傳感器放在掌心或腋下三分鐘以上,并確保緊密接觸，顯示的溫度值即為體溫，通常情況下，腋下溫度比掌心溫度略低。34.213、 可將溫度傳

12、感器放入已知溫度的液體中，如溫水，測量液體的溫度。14、 在測試結束后，可點擊菜單“文件(&File)”下的子菜單“數(shù)據(jù)保存為txt文件(&Save)”，測試數(shù)據(jù)即保存為文本文件。15、 實驗結束，將所有連接線除去。四、實驗要求1. 復習溫度傳感相關內容。 2. 根據(jù)實驗步驟完成實驗及實驗報告。實驗四 握力測試一、實驗目的1、掌握握力測試電路的原理及設計方法。2、了解握力測試傳感器的構成及使用方法。二、實驗原理及說明 圖4-1 握力測試電路原理圖握力測試傳感器為壓力傳感器，受力范圍為0 Kg50Kg, 精度誤差1%F.S。在+5V 電源工作條件下, 滿量程輸出為10.45mV左右, 傳感器受力

13、后，輸出與受力大小成線性比例關系的電壓信號，此信號經(jīng)儀表放大器INA128放大后, 送至模/數(shù)轉換電路, MCS-51內的握力測試模塊將此信號轉換為數(shù)字信號，并依據(jù)一定的關系式得出握力值，傳到PC機上顯示。三、實驗內容與步驟 握力測試傳感器獲取的信號經(jīng)電路放大處理后送入模/數(shù)轉換電路, MCS-51內的握力測試模塊將其轉換成數(shù)字信號，得出握力值傳到PC機上顯示。握力測試電路布局如下：圖4-2 握力測試電路布局圖1、用連接線將主板和模板相連，連接方法是：將連接線兩頭的插頭分別對應的插到主板和模板的插座上，如4-3圖所示，主板插座與其相同：圖4-3 握力測試模塊插座示意圖2、INA128是差分儀表放大器，其所接的電位器RW7用于調整放大倍數(shù)。在握力測試之前，應首先測量RW7的阻值，根據(jù)傳感器的特性，RW7應調在147.5左右。調整方法是，在不接線的情況下，測量連接孔2和3之間電阻，調整電位器RW7，使其電阻達到目標值，測好以后用插線將用虛線相連的兩個連接孔1和2連起來。如下圖所示：圖4-4 放大倍數(shù)調整圖3、零點調整。接上握力傳感器，不施加力，用電壓表測量U28的輸出端信號WLVc，應小于5mv。如果不符合要求，調整參考點調整電位器RW8 。圖4-5 零點調整圖4、在實驗箱USB指示燈亮的情況下，點擊“握力實驗”按鈕進入握力測試，點擊“測試” 按鈕，握力測試開始，測試