醫(yī)學(xué)電子儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-重慶郵電大學(xué)主頁(yè)

1/20 (第一版)2/20前言僅可以鞏固、加深對(duì)驗(yàn)內(nèi)容的典型性、實(shí)用性、設(shè)計(jì)性和新穎性。力求對(duì)儀器、儀表操作、電路器件設(shè)計(jì)制作、數(shù)據(jù)測(cè)試3/20實(shí)驗(yàn)須知環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)合格人力、力；培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，理論聯(lián)系實(shí)際和求教學(xué)深化對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。為了嚴(yán)肅認(rèn)真地實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不得捏造數(shù)整和真實(shí)地反映實(shí)驗(yàn)結(jié)4/20。過程。決方案。5/20實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)掌握差動(dòng)放大器的工作原理與性能特點(diǎn)，著重了解差模放大和共模抑制的作用。(2)學(xué)習(xí)差動(dòng)放大器性能指標(biāo)的測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)原理】關(guān)K撥向左邊時(shí)，構(gòu)成基本的差動(dòng)放大器。當(dāng)輸入信號(hào)Vi＝0時(shí)，雙端輸出電壓Vo＝0。RP為調(diào)零電位器，當(dāng)兩管對(duì)稱性不好時(shí)，可以調(diào)節(jié)RP，使VT1、VT2管的靜態(tài)電流有所改變。Ree為兩管共用的發(fā)射極電阻，它對(duì)差模信號(hào)無負(fù)反饋?zhàn)饔?，因而不影響差模電壓放大倍?shù)，但對(duì)共模信號(hào)有較強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，故可以有效的抑制零漂和穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)開關(guān)撥向右邊時(shí)，構(gòu)成具有恒流源的差動(dòng)放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻R，可以進(jìn)一步提高差動(dòng)放大器抑制共模信號(hào)的能力。IIR10kΩRc1c211oAR10kΩAbR100R100Ω21510ΩpVi510ΩK－BRe10kΩRe10kΩb3ReRe2－VEE(－12V)1.靜態(tài)工作點(diǎn)的估算基本電路分析，當(dāng)輸入端短接時(shí)IEEbeEER1I=I=IC1C22EE(1－1) 6/202(V+V)V恒流源電路II12(恒流源電路II12(1－3)C3C3E3R1I=I=I(1－4)C1C22C32.差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)由輸出端連接方式?jīng)Q定，而與輸入連接方式無關(guān)。VbRA=o=c(1－5)vdViR+r+1(1+b)Rbbc2PV1單端輸出時(shí)A=c1=A(1－6)vd1V2vdiV1A=c2=A(1－7)vd2V2vdi當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，若為單端輸出，則有VbRRA=A=c1=cc(1－8)vc1vc2ViR+r+(1+b)(1R+2R)2Reebbe2Pee若為雙端輸出，在理想情況下VA=o=0(1－9)vcVi對(duì)共模信號(hào)的抑制時(shí)差動(dòng)放大器的一個(gè)重要特點(diǎn)，為表征差動(dòng)放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制AA或CMRR(dB)=20logvdAA(1－10)CMRR越大，表示電路對(duì)稱性越好，對(duì)漂移等共模信號(hào)抑制能力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件】示波器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器交流毫伏表7/20面包板萬用表9013晶體三極管、電位器、電阻、電容等元器件若干實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.典型差動(dòng)放大器性能測(cè)試(1)測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)①調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)②測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)(2)測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)零，用示波器監(jiān)視輸出端(集電極C1或C2與地之間)。接通電源，逐漸增大輸入電壓Vi(約100mV)，在輸出波形不失真地情況下，用交流毫(3)測(cè)量共模電壓放大倍數(shù)VV2.具有恒流源的差動(dòng)放大電路性能測(cè)試8/20實(shí)驗(yàn)記錄】Vc1/VVB1/VVE1/VVc2/VVB2/VVE2/VVRe/VI/mAI/mAV/mVCBCE典型差典型差動(dòng)放大電路具有恒流源差動(dòng)放大電路ViVc1/VVc2/VVAViViViVVCViA/////共模輸入///AA9/20圖1漏電流測(cè)試圖1漏電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客ㄟ^實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深對(duì)心電圖機(jī)性能指標(biāo)的理解，并熟悉掌握其測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)器材】心電圖機(jī)、兆歐表、萬用表、交流調(diào)壓器實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】能測(cè)試(1)絕緣電阻的測(cè)試用500V以上的兆歐表測(cè)試心電圖機(jī)交流電源插頭的零線與相對(duì)機(jī)殼之間的電阻值，這兩個(gè)電阻值均應(yīng)大于20M。注意再測(cè)試前，切勿將電源插頭與交流電接通；心電圖機(jī)的電源開關(guān)應(yīng)接通；若交流電動(dòng)機(jī)的線圈接在電源變壓器初級(jí)，測(cè)量時(shí)還應(yīng)接通記錄開關(guān)。(2)機(jī)殼漏電流及導(dǎo)聯(lián)線漏電流的測(cè)試算出漏電流，要求機(jī)殼漏電流小于100A，導(dǎo)聯(lián)線漏電流小于10A。這里的電阻R是作為人體的等效電阻(包括皮膚接觸電阻和身體電阻)。V2.走紙速度測(cè)試導(dǎo)聯(lián)靠近市電交流電源線附近，使心電圖記錄下一段50Hz信號(hào)，然后觀察所記波形，在紙3.基線穩(wěn)定性這個(gè)指標(biāo)時(shí)用來衡量心電圖機(jī)自身穩(wěn)定性和它對(duì)電源電壓在正常X圍內(nèi)反復(fù)突變的適應(yīng)基線漂移值，這個(gè)值也應(yīng)小于＋1mm。10/20心電圖機(jī)靈敏度定義為輸入1mv電壓時(shí)，描筆偏轉(zhuǎn)多少毫米，標(biāo)準(zhǔn)靈敏度為10mm/mv。用以阻止記錄器產(chǎn)生自身振蕩的作用力叫阻尼，阻尼過大或過小都會(huì)使波形失真，測(cè)試mvmmX筆振幅的過沖量應(yīng)小于1小格，不得有圓頭出現(xiàn)，也不應(yīng)見到明顯回沖(見圖2)。心電圖機(jī)在描筆處于各種位置時(shí)，若輸入相同信號(hào)，記錄波形的幅度相差很小，則稱該機(jī)的線性良好，一般在描筆偏轉(zhuǎn)＋20mmX圍內(nèi)，靈敏度誤差應(yīng)小于10％，測(cè)試時(shí)線用調(diào)基其中任一處的波幅不得小于9mm，并且各處的阻尼大小均應(yīng)符合前述的要求。率特性TT【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求】1.實(shí)驗(yàn)時(shí)作好原始記錄，在報(bào)告單上寫出所測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值及計(jì)算過程。2.如有指標(biāo)不符合要求，試分析其可能的各種原因。11/20實(shí)驗(yàn)記錄】12/20實(shí)驗(yàn)三、人體脈搏測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)掌握應(yīng)用數(shù)字電路系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法。實(shí)驗(yàn)原理】圖3.1是脈搏測(cè)試系統(tǒng)組成方框圖，借助壓電陶瓷將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在單位時(shí)間被進(jìn)行計(jì)數(shù)，并用數(shù)字顯示其計(jì)數(shù)值，從而得到每分鐘的脈搏數(shù)。1.放大與整形電路通常采用運(yùn)算放大器對(duì)微小電脈沖信號(hào)進(jìn)行放放大，但在數(shù)字電路系統(tǒng)中可采用非門構(gòu)成線性傳大計(jì)譯顯感與數(shù)碼示形放大器。由門電路的轉(zhuǎn)換特性可知，如果使它工器整器器器形作在線性區(qū)，它就有電壓放大能力。放大與整形圖3.1脈搏測(cè)試系統(tǒng)方框圖為使G1和G2工作非門處于傳輸特性的線性區(qū)，需適當(dāng)選取反饋電阻R1的阻值。注意：R1阻值不能太小，否則非門的輸出與輸入之間的信號(hào)直接饋通。一般R1值比非門的輸出電阻Ro大兩個(gè)數(shù)量級(jí)(非門Ro=8~15k)，但R1RR1R3UiR211UoG1G2G3G4GGRR電2.計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器是脈搏測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，若選用有選通脈沖輸出控制的計(jì)數(shù)器，可使得電路設(shè)計(jì)中采取動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，將大大簡(jiǎn)化電路，節(jié)省器件。此次實(shí)驗(yàn)采用CD4553作13/201分定時(shí)信號(hào)(至CD4553的11腳)3VDDR1分定時(shí)信號(hào)(至CD4553的11腳)3VDDRC數(shù)碼管限流電阻需根據(jù)數(shù)碼管電流的允許值進(jìn)行限流電阻可按下式進(jìn)行估算：為1.5V~2V),IS為數(shù)碼管的每段電流(約為5~10mA)，UCE是三極管VT的管壓降(約為1V)，則3.譯碼和顯示電路譯碼器的功能使把計(jì)數(shù)器CD4553輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果(BCD)碼轉(zhuǎn)換成七段字形碼，以驅(qū)動(dòng)D電路顯示采用掃描方式，各位數(shù)碼管的共陰極分別被計(jì)數(shù)器CD4553輸出的掃描時(shí)序脈沖控制，從而實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通顯示。但為了顯示穩(wěn)定，應(yīng)使掃描時(shí)序脈沖的頻率合適。掃描頻率與顯示數(shù)碼管的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多掃描頻率越高，通常掃描頻率取幾百赫茲，可aaR1gR74.時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路時(shí)基電路應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)方波定時(shí)脈沖，用來控制計(jì)數(shù)器CD4553的計(jì)數(shù)允許INH端，以便使計(jì)數(shù)器在定時(shí)脈沖寬度固定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行對(duì)脈搏電脈沖計(jì)數(shù)，固定時(shí)間為1min或30s。為得到精確的定時(shí)信號(hào)，采用振蕩、分頻的方的輸出脈沖需經(jīng)214次分頻得到，電路若如圖3.4所示，則RC振蕩器的脈沖的頻率0成RC振蕩器時(shí)，振蕩頻率f0與RC之間有的值應(yīng)大于1kΩ，電容CT應(yīng)大于或等于//CP9V814/20為了得到準(zhǔn)確的振蕩頻率值，實(shí)際上RT和RS均應(yīng)采用電位器，以便調(diào)整。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件】示波器面包板萬用表電容等元器件若干【實(shí)驗(yàn)參考電路】由以上各單元電路可組合出脈搏測(cè)量系統(tǒng)的總體電路，如圖3.5所示。470Ω×7/BI470Ω×7/LTaggCDR510kΩW2510ΩVPDD1QSQVPDD1QS012343INH3QQ0P9012×3P9012×3224700pF4700pFR10kΩRS2RLECPCACBS2220kΩ220220kΩ220kΩ22kΩ＋1000實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】2.根據(jù)自己的印制電路板設(shè)計(jì)安裝實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)報(bào)告】1.分析各個(gè)電路單元塊的功能及其在設(shè)計(jì)中需要注意的問題；2.說明在裝配過程中出現(xiàn)的問題及解決方法；3.設(shè)計(jì)一個(gè)采用運(yùn)算放大器放大微弱脈沖信號(hào)的放大電路。15/2016/20實(shí)驗(yàn)四、人體脈搏測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試和使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹颗囵B(yǎng)學(xué)生對(duì)完整系統(tǒng)調(diào)試的能力，鍛煉他們解決實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件】示波器低頻可調(diào)脈沖發(fā)生器秒表萬用表上次實(shí)驗(yàn)搭建的人體脈搏測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】以低頻可調(diào)脈沖發(fā)生器的輸出作為脈搏傳感器的輸出信號(hào)，接通電源開關(guān)S2，如數(shù)碼管顯示無規(guī)則信號(hào)，表明電路基本工作正常，而后按下清零按鈕S1，對(duì)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器清零，則顯示的計(jì)數(shù)值應(yīng)不斷增加，進(jìn)一步說明電路工作是正常的，否則要進(jìn)行逐級(jí)檢查。2.檢查放大電路仍用脈沖信號(hào)發(fā)生器做輸入信號(hào)源，用脈沖示波器觀測(cè)放大電路和整形電路輸出端電壓波形，正常情況下應(yīng)有100倍以上的放大，整形電路應(yīng)輸出理想的電壓波形，否則可以改動(dòng)一下整形電路外界電阻值。如果電壓放大倍數(shù)較小，可改換兩個(gè)另外的非門，或者再加入一、兩級(jí)電壓放大器。3.計(jì)數(shù)譯碼和顯示電路的調(diào)試數(shù)碼管上去讀數(shù)字，觀察個(gè)、十、百位計(jì)數(shù)器是否都能完成逢十進(jìn)一的功能，然后按下清零按鈕，使兩個(gè)計(jì)數(shù)器均清零，重新開始計(jì)數(shù)，數(shù)碼管應(yīng)能反映這個(gè)一狀態(tài)。它們應(yīng)分別對(duì)應(yīng)個(gè)、十、百位才對(duì)，連線不要搞錯(cuò)，另外應(yīng)檢查譯碼器各輸出端與數(shù)碼管相應(yīng)引腳的連接是否正確。4.時(shí)基信號(hào)電路的調(diào)試CDQ期應(yīng)為(1/136)17/20此時(shí)，再以低頻脈沖發(fā)生器的輸出作為計(jì)數(shù)器CD4553的計(jì)數(shù)脈沖，按下清零按鈕S1，使計(jì)數(shù)器和定時(shí)器同時(shí)清零，用秒表記下此時(shí)的時(shí)間，隨著計(jì)數(shù)脈沖的輸入，數(shù)碼管計(jì)數(shù)值不斷增加，當(dāng)計(jì)數(shù)值停止增加或穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，記下此時(shí)時(shí)間，前后應(yīng)剛好相差1min，否則尚5.測(cè)量脈搏信號(hào)調(diào)試成功后，開始測(cè)量實(shí)際脈搏信號(hào)。用松緊帶將壓電陶瓷片緊壓在手腕的脈搏處，而后接通電源開關(guān)S2，數(shù)碼顯示管將顯示無規(guī)則數(shù)字，這是接通瞬間電源的干擾脈沖所為。緊接著按下清零按鈕S1，則數(shù)碼管計(jì)數(shù)值將隨著脈搏的跳到而持續(xù)增加，直至數(shù)值穩(wěn)定不動(dòng)，讀下此計(jì)數(shù)值，即為每分鐘的脈搏次數(shù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告】1.寫出調(diào)試過程，記錄下調(diào)試過程中發(fā)生的各項(xiàng)問題和自己采取的解決方法；18/20實(shí)驗(yàn)五、手指血壓容積波測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客ㄟ^實(shí)驗(yàn)，了解無創(chuàng)手指血