交流腦電放大器設(shè)計報告參考模板

交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告1/151/15交流腦電放大器設(shè)計報告3004202324-1—孟琳一概述腦電信號的測量是反映大腦電活動的重要指標。它是用放在頭皮表面的電極檢測并放大與大腦神經(jīng)有關(guān)的生物電位。臨床上常用于診斷顱內(nèi)病變，探討腦疾病的演變過程和藥物療效觀察等等，具有很重要的意義。 腦電是非周期信號，無論在幅值方面還是相位和頻率方面都是連續(xù)變化的。腦電按頻率分可以分為5種€:0.5?4HZ20-200卩V熟睡嚴重或腦疾時出現(xiàn)，:4?8HZ 情緒不好時出現(xiàn)a:8?13HZ200?100卩V安靜時13?13?40HZ5?20卩V 緊張時出現(xiàn)…:22?30HZ及更高頻率 2卩V我們設(shè)計的腦電放電器主要放大以上信號，其中以a波為主。二系統(tǒng)設(shè)計所以電路設(shè)計通帶為0.5?100HZ所以電路設(shè)計通帶為0.5?100HZ。(1)整體參數(shù)設(shè)計頭皮表面腦電信號范圍是1?100卩V,所以整個信號放大2400倍，輸出0.0024?0.24V腦電信號頻率范圍為0.5?100HZ,輸入短路噪聲3卩V以下。 第一部分和光電耦合的前部分需要另外用電源（3）各部分參數(shù)分配： 第一部分和光電耦合的前部分需要另外用電源（3）各部分參數(shù)分配： 第一部分前置放大器放大倍數(shù)為4,CMRR〉=80dB,Rin〉5M€ 無源高通RC耦合放大器的低頻響應0.5Hz 儀表放大器放大倍數(shù)50光電隔離增益為1高通與放大低通濾波器50HZ陷波器后級放大 第二部分 第三部分第四部分第五部分 第六部分（4） 運放均為LM324。 （5） 前端電路±5V供電，后端電路土12V供電。三單元電路設(shè)計 高通截止頻率0.5HZ,放大增益為2 低通截止頻率100HZ 增益為6倍設(shè)置保護電路 作為生物醫(yī)學測量的生物醫(yī)學放大器在前級設(shè)置保護人體安全和保護放大器的電路是很必 要。保護電路使通過電流保持在安全水平，同時考慮到作用于人體的其他醫(yī)學測量設(shè)備或 可能重在的某種干擾對放大器的破壞作用。保護電路要求在輸入出現(xiàn)5000V高壓時不會損壞電路，二級管D1~D4選用低漏電的微型二極管IN4148，其最大允許通過的瞬時電流是100mA，因此限流保護電阻選R0=R0'=50K'Q。 前置放大器 根據(jù)腦電信號的特點，其前置放大器應滿足以下幾個要求：1） 高輸入阻抗。被提取的心電信號是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號，為了減少信號源內(nèi)阻 的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號源的內(nèi)阻為100kQ，則放大器的輸入阻抗應大于5MQ。2） 高共模抑制比CMRR。人體所攜帶的工頻干擾以及所測量的參數(shù)以外的生理作用的干擾， 一般為共模干擾。前置級須采用CMRR高的差動放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。共模抑制比應在80dB以上，最好高于100dB。3）低噪聲、低漂移。主要作用是對信號源的影響小，拾取信號的能力強，以及能夠使輸出穩(wěn)定。參數(shù)選擇 a由于測量電極與生物體之間構(gòu)成化學半電池而產(chǎn)生的直流電壓，最大可達300mV，因此， 生物電放大器的前級增益不能過大，避免放大到后級飽和失真，本電路選為B1=4。同時由 于存在比較大的電極電壓，導致工作點產(chǎn)生漂移。為使其不致偏移出放大器的線性工作區(qū), 要求前置放大器有寬的線性工作范圍，以使心電信號不發(fā)生波形失真。 b由于信號源內(nèi)阻可達幾十K'Q、乃至幾百K'Q,所以，生物電放大器的輸入阻抗必須在幾 MQ以上。故前級形式上采用&、A2并聯(lián)的高差動輸入阻抗的放大電路，在理論上，若運放理想，因并聯(lián)型差動放大器的輸入阻抗為無窮大，使共模抑制比也無窮大；理論其共模抑制比與外圍電阻的精度和阻值無關(guān)。 c實際差動放大電路的共模抑制比受到放大電路的閉環(huán)增益、外圍電路電阻匹配精度以及放 大器件本身的共模抑制比（CMRRD）等諸多因素的影響。 d除有源器件外，各回路的電阻均貢獻噪聲，而且與其在電路中的位置有關(guān)。與&、a2端相交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告連的R「虬的噪聲相對影響最大。在低噪聲設(shè)計中除了認真選擇低噪聲類的電阻外，在有源器件福応許條件下，盡量選擇低阻值的外回路電阻。前級總等效輸入噪聲電壓與(1+2R/RJ成反比，適當加大R/R值有利于降低噪聲。實驗表明，當(R/R)<5時，噪聲有明顯而而加。2 1 2 1儀表放大器AD620AD620是一種只用外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1-1000的低功耗、高精度儀表放大器。盡管AD620由傳統(tǒng)的三運放放大器發(fā)展規(guī)律而成的，但一些主要功能卻優(yōu)于三運放的儀表放大器設(shè)計，電源范圍寬(±2.3V?±18V),設(shè)計體積小，功耗非常低(最大供電電流僅為1.3mA)。因而使用于低電壓、低功耗的應用場合。TCfi￥E項且規(guī)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量測與醫(yī)療器材、壓力量測、VZI轉(zhuǎn)臓、賃料槪取余統(tǒng)…等-放大倍率計算公式：共模抑制電路右腿驅(qū)動電路體表驅(qū)動電路是專為克服50Hz共模干擾，提高CMRR而設(shè)計的，原理是采用以人體為相加點的共模電壓并聯(lián)負反饋，其方法是取出前置放大級中的共模電壓，經(jīng)驅(qū)動電路倒相放大后再加回體表上，一般的做法是將此反饋共模信號接到人體的右腿上，所以稱為右腿驅(qū)交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告動。通常，病人在做正常的心電檢測時，空間電場在人體產(chǎn)生的干擾電壓以及共模干擾是非常嚴重。而使用右腿驅(qū)動電路就能很好地解決了上述問題。下面兩個圖片就是右腿驅(qū)動電路主要構(gòu)成。其中反饋共模電壓可以消除人體共模電壓產(chǎn)生的干擾，還可以抑制工頻干擾。右腿不直接接地，而是接到輔助放大器A的輸出端從兩電阻的結(jié)點檢出經(jīng)輔助反向放大O o器放大的供模電壓?？梢栽诤艽蟪潭壬弦种乒材８蓴_.綜合以上幾部分的總電路光電隔離心電放大器的漏電流會使做心電檢測的對象受到電擊。為保證安全，必須采取隔離措施將與受檢者相連的輸入部分和前置放大部分的地線同同整機的地線相隔離參數(shù)說明：光電

電路R1=R2=R3=1KQ光電

電路前級電路把輸入電壓信號轉(zhuǎn)換成與之正比的電流信號，經(jīng)光電耦合器耦合到后級,耦合器中的硅光敏三極管輸出電流信號。第二個運放將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號O中的三極管補償光電耦合的非線性。VS=5V,電池5V供電；VC=12V,為交流電穩(wěn)壓到12V后直接供電;光電耦合用TLP521-1R6=R7=33OKQ,C1=1卩E,fo=0.48HZ高通(主要用于隔直流)與放大

參數(shù)說明:RC=10卩g,R=200KQ,Rl=400KQ，放大倍數(shù)Adv2=i=2R因為光電耦合后，可能出現(xiàn)直流的漂移，所以電容來隔直流。六階高頻信號濾波電路（低通電路）高頻濾波可用專用開關(guān)電容多階濾波器或巴特沃斯濾波器或其他濾波電路，時間常數(shù)可用一般的RC電路。設(shè)計中選用巴特沃斯濾波器。不同階數(shù)的巴特沃斯低通濾波器的幅頻特性不同,濾波器的階數(shù)N越高，幅頻特性衰減的速度越快，就越接近于理想幅頻特性。一個N階濾波器可以用多個二階濾波器（n為偶數(shù)時）或一個一階濾波器和多個二階濾波器組成（n為奇數(shù)時）。在設(shè)計中用六三階階濾波器就可以了。將三個二階濾波器參數(shù)說明：截止頻率f0=100HZ根據(jù)歸一化公式得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共頻干擾用手觸摸示波器便能觀察到人體上耦合的50HZ電壓波。如圖所示Cd1為人體50HZ，220V饋電線之間的分布電容。Cd2為人體與大地之間的分布電容。Cd1vvCd2.若取Cd2=10Cd1。人體Ucm=Cd1e“X220卩=20V完全淹沒生物信號，即使采用差動放大器。Cd1+Cd250HZ干擾電壓作為共模電壓，也會超過放大器輸入端的動態(tài)范圍，所以交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告對50HZ干擾做單獨處理。帶阻濾波器電路是用來抑制或衰減某一頻段的信號，而讓該頻段以外的所有信號通過。這種濾波電路也叫陷波電路，經(jīng)常用于電子系統(tǒng)抗干擾。在設(shè)計當中尤其要注意帶阻濾波器防止發(fā)生如切頻等情況。在?=50Hz之外的信號可以通過，而在陷波處把要濾除的信號濾除掉。設(shè)計中采用RC雙T帶阻濾波器。采用LM324構(gòu)成的雙T網(wǎng)絡(luò)進行限波。限波50Hz,由于雙T網(wǎng)絡(luò)中，限波頻率對電容、電阻的匹配很敏感；當選擇1%電阻和5%的電容時能產(chǎn)生好的濾波效果. 理論上，33.8K'Q的電阻在實際連接的過程中為29.6K'Q,使陷波的頻率在49.5~50.5HZ參數(shù)說明：計算的理論參數(shù)：R1=R2=68K'Q R3=34K'Q電位器R5=20KQ（調(diào)節(jié)陷波深度）R4=500K€C1=C2=0.0047卩FC3=0.1卩F1fo= =49.79HZ2,RC1 1實際選用的參數(shù)：R1=R2=60K€,R3=30K€,C1=C2=0.0056卩F,C3=0.1卩F說明：雙有源濾波器用來抑制工頻干擾。接成電壓跟隨電路，輸入阻抗高，輸出阻抗低,同時可以提高濾波器的帶負載能力。調(diào)節(jié)R5可以調(diào)節(jié)中心頻率。后級放大器11R3 R1負反饋放大6倍（后加了一個可變電阻來調(diào)節(jié)增益）,加高通濾波，隔斷由于放大器失調(diào)產(chǎn)生的直流電壓。參數(shù)說明：C1T00卩gRl=20KQfo=O.5HZ,R3T20KQAd=6穩(wěn)壓電路采用的是三端集成穩(wěn)壓器上端電路輸出+12V,下端電路輸出一12Vo電路的前端為全波整流電路。TS1220Q上端電路輸出+12V,下端電路輸出一12Vo電路的前端為全波整流電路。TS1220Q0.1111F200uF.LOOOuF~ro.iiuFLOOOuF79127812輸入端正常的輸入電壓為20-50V。所以經(jīng)過整流后的電壓必須在這個范圍內(nèi)，才能得到穩(wěn)定的輸出，輸入電壓至少要比輸出電壓高2?3V。電路中接入的電容1000€F、0.11€F用來實現(xiàn)頻率補償，防止自激振蕩、減小高頻噪聲和改善負載的瞬態(tài)響應o200€F用以減小由輸入電壓引入的低頻干擾。D為保護二極管，當輸入端短路時給一個放電回路,防止調(diào)整管的發(fā)射結(jié)擊穿。前面的變壓器將220V降壓到20?50V。三端穩(wěn)壓價格十分便宜，網(wǎng)上報價為0.79元。小結(jié)：原設(shè)計用DC/DC隔離但在實驗中由于資金問題沒有用DC/DC隔離轉(zhuǎn)換，前級用電池供電前置放大的運放采用的是LM347,為減少噪聲，得到更高的共模抑制比交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告交流腦電放大器設(shè)計報告附:ft■TTLP521-1參數(shù)ft■T項 II號TLP521-LTTT521-2TLP5214眞應発光側(cè)廣點麗電說川7050mA俗4膜’應潴懼讀率-0.93(Ta^5QT)-0.5〔TE建）mA/T「"親Hi!電流iff1A1：流逆電Vr5V受光惻uL-夕夕?工…夕間電壓vceo55V工W八nJ。9間電圧VECO7V二,? ?？土電浪ic50mAP■）歹損為〔1冋路｝Pc150LOOmW二L夕中也發(fā)低濁率（TaW湖E）（l回路）刖伊0c-1.5-1.0mW'X指件郵m皮Tji5T他 咋 舊 度丁顧-56-1MP供 何 詛 度T?tg-55*125T此兀之甘|；溫度（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：管腳圖，宀LM324主要參數(shù)電壓增益100dB單位增益帶寬1MHZ單電源工作范圍3V?30V輸入失調(diào)電壓2mV（最大值7mV）輸入失調(diào)電流5nA?50nA輸入共模電壓范圍V-?V+-1.5V（雙電源時）輸出電流40mA放大器間隔度一120dB測試報告-前置放大部分（1） 靜態(tài)工作點將放大器兩輸入端對地短路，測量輸出電壓V=6.9mV卩（2） 輸入噪聲按（1）測出電壓，計算輸入噪聲Vin=?=0.054mV

（3）輸入阻抗將輸出接地，用萬用表電阻檔測量兩個輸入端Rin=42.2M€在輸入端串聯(lián)一個電阻，測量串聯(lián)電阻后的輸出電壓Vol然后再測出不串聯(lián)該電阻時的輸出電壓Vo2，根據(jù)該電阻所分得的電壓，計算輸入電阻（4） 輸出阻抗Rout=0.6€（5） 差模增益將電壓接到一個輸入端，另一端接地，測量輸出電壓，計算差模增益Vi=18.45mV,Vo=2.32VVAd=広=126i（6）共模增益將放大器輸入端共同接同一電壓，記入輸出電壓，計算共模增益Vi=2V Voc=0.035VVAc=-oc=57V（7）計算共模抑制比A（7）計算共模抑制比=77CMRR=20lg|K1(dB)=77c由于共模抑制比不夠高，所以波形的噪聲較大，信噪比不高。（8）零點漂移將放大器的輸入對地短接，相隔10分鐘，用示波器兩次觀察輸出電壓的變化并計算V-V零點漂移=|f O1|=0.99mVKh二光電耦合理論上不應有放大的，但卻放大了3倍多，跟同學討論后認為可能是溫度對光耦器件的影響導致的）輸入電壓（V）輸入電流（mA）輸出電壓（V）輸出電流（mA）電流傳遞函數(shù)1.0012.952.96Io=2.98Ii1.51.54.454.44721.986.006.002.382.367.107.09三低通濾波器理想截止頻率為100HZ輸入電壓為12.2V，測量的電壓數(shù)據(jù)列表80.74HZ90.04HZ94.2HZ96.53HZ100HZ109.1HZ12.20V10.20V9.00V8.45V(0.707)7.65V6.05V115.