电子技术课程设计报告打印.docx

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电子技术课程设计报告

——心电信号处理系统

上海大学机自学院自动化系

电气工程及其自动化专业

姓名:

学号:

指导老师:

2013年6月27日

题目：

心电信号处理系统

1.任务

针对心电信号采集系统进行设计与仿真.设计一个具有高精度高稳定性高输入阻抗高共模抑制比低噪声及强干扰能力的心电信号采集系统。

2.主要技术指标

增益：

心电放大器的总放大倍数应在1000倍左右。

频率响应：

人体心电信号的频谱范围为0.05Hz~100Hz。

心电仪要支持外部直流电源供电，需要设计50Hz工频干扰电路。

共模抑制比：

为防止心电信号被干扰，共模抑制比应达到80dB以上。

输入阻抗：

心电信号源阻抗具有高阻抗的特性，一般为1~150k欧姆，因此心电放大器输入阻抗一般为5.1M或10M。

低噪声、低漂移：

心电放大器由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数，应尽量选用低噪声元器件，以降低噪声并进一步提高输入阻抗。

并要求电路工作环境温度为-20~50°C。

．电路形式

电路分析及特点：

电路分析：

信号处理系统一般由前级放大电路、滤波电路、主放大电路三部分组成。

前级放大电路由仪用放大器ＡＤ６２０构成，具有共模抑制比高、输入阻抗大、噪声低、漂移低的特点。

滤波电路由陷波器、带通滤波器等组成，可以去除干扰信号。

主放大电路是起放大信号的作用，由运算放大器构成。

特点：

是典型的信号处理放大电路。

滤波电路去除了干扰信号，降低了噪声和漂移。

　设计计算

计算工作从前级放大电路开始，逐步后推。

仪用放大器采用双电压源的放大倍数为

。

取前级放大倍数为

则

。

选取

。

50HZ陷波器的由高通、低通滤波器并联构成。

这要求高低通滤波器的截止频率均为50Hz。

取

调节电位器

改变陷波器陷波的深度。

0.05~100Hz的带通滤波器由一阶有源高低通滤波器串联构成。

高通滤波器的截止频率

带通滤波器各元器件的参数已经确定。

主放大电路的放大倍数为100，由一个741运算放大器构成同相比例放大电路。

因此

。

近似取

平衡电阻

１０

。

　电路仿真及调试

前级放大电路调试：

仿　真　输　出　波　形　图

（从波形图中可以看出实际的放大倍数只有１７倍左右）

陷波器仿真调试：

陷　波　器　幅　频　响　应　图

　　　　　　　　　陷　波　器　相　位　图

从图中可以看出信号在５０Ｈｚ处被很好的抑制了，滤波的效果非常理想。

1.０５～１００ＨＺ带通滤波器仿真调试：

（仿真过程中

时，带宽不能很好的满足要求，因此取

更好的而满足带宽的要求）

幅　频　响　应　图　（在－３　ｄＢ　附　近　为　截　止　频　率）

主放大电路仿真调试：

主　放　大　电　路　输　出　波　形　图

完整电路图反震调试：

考虑到前级放大电路放大倍数实际上只有１７倍，因此主放大电路的放大倍数要大于５０倍，考虑到电路中增益的损失等因素，选择主放大电路的放大倍数为６０～８０左右。

在实际的仿真调试中逐步调整放大倍数。

在调试过程中，放大倍数为６９倍时，整个电路的放大倍数在１０００倍左右。

由波形图知

，由万用表读数知：

因此，可以判断，此时电路的实际放大倍数在１０００倍左右。

元器件参数介绍

ＡＤ６２０Ａ：

最小共模抑制比：

７３ｄＢ（放大倍数Ｇ＝１）

高输入电阻：

１０ＧΩ

等效输入噪声电压：

９ｎＶ／

等效输入噪声电流：

０.１ｐＡ／

输入失调电压：

１２５ｕＶ

输入失调电流：

０.３ｎＡ

输入偏置电流：

０.５ｎＡ

工作温度：

－４０℃～８５℃

７４１运算放大器：

工作温度：

－５５℃～１２５℃

共模抑制比：

９０ｄＢ

输入电压：

±１５Ｖ

差模输入电压：

电压增益：

２００

差动输入电阻就是ＡＤ６２０的差动输入电阻值，因此满足达到１０ＭΩ的要求；仪用放大器ＡＤ６２０参数表明其具有低噪声、低漂移的特点；增益由ＡＤ６２０和同相比例放大器决定可以达到１０００倍；共模抑制比主要由前级放大电路决定。

ＡＤ６２０的共模抑制比均在７３ｄＢ以上（Ｇ＝１时，典型值为９０ｄＢ；Ｇ＝１０时，典型值为１１０ｄＢ），满足要求。

元器件的均可以在－２０℃～５０℃的范围内工作。

小结：

这次课程设计的题目—心电信号处理系统并不是特别复杂，是由三个简单的模块构成的。

而每个模块又可分为若干个小的部分。

分步解决每个模块就可实现电路的整体功能。

这样做思路清晰，便于设计仿真。

这是在看到这个题目的要求和电路的功能自己的初步想法，实际上也是这样做的。

但是，在实际设计仿真的过程中还是遇到了不少的问题。

首先，前级放大电路如何来实现。

在刚开始考虑的时候，我认为用三极管组成差动放大电路比较容易实现。

在计算的过程中差动放大电路的参数过多，输入阻抗不易实现，最后借鉴了他人的做法，选择了通用的仪用放大器AD620A。

其次是滤波器的设计。

滤波器我自认为比较简单。

在《电路电子技术试验》这门实验课上，做过高低通的有源滤波器。

但是陷波器（通过高低通滤波器并联可以实现）并没有做过，因此遇到了一定的困难。

高低通滤波器串联组成带通滤波器很容易实现。

前一级滤波器的信号输出端接后一级的信号输入端即可。

而陷波器（特殊的带阻滤波器）可以通过多种形式实现。

自己最为熟悉的应该还是高低通滤波器组成的。

因为对高低通滤波器的设计还是比较熟悉的，因此设计起来还是方便了很多。

考虑到50Hz的陷波器是为了抑制50Hz的干扰信号，因此高低通滤波器的截止频率均应为50Hz。

截止频率为50Hz的高低通滤波器是容易实现的。

对于高低通滤波器的并联问题自己在仿真软件上用不同的连接方法试了几次，最后也选择了出来。

在连接方式确定后，自己发现设计的陷波器确实是高低通滤波器并联构成的。

最后的主放大电路采用的741运算放大器组成的同相比例放大器。

同相比例放大器是很熟悉的电路，设计起来没有困难。

但是在仿真过程中却因为自己的疏忽导致了不必要的麻烦。

在测试输出波形时，示波器面板的通道上有“交流”、“直流”的选择，我没有注意，而实际上用的是直流测量，导致输出的波形与理想波形差距太大，一直找原因没找到，最后仔细看了下示波器的连线注意到了面板上的选择按钮。

改为交流后，输出波形就符合理想情况了。

当把所有的模块连接起来时，还是出现了问题。

通过这次课程设计，自己对Multisim12.0软件有了更深的了解，对元器件库、仪器仪表的使用，电路参数的仿真测量也更加熟悉。

同时，我自己也认识到电路设计的仿真是基于良好的专业基础之上的，对基本的电路图要能够读懂理解，对常用的元器件要了解其主要参数以及使用方法。

当然，这次的课程设计也是自己对学过的理论知识有了更直观的认识和理解。

看到电路的输出波形，各项仿真参数与自己计算得出的相吻合时，自己心里是高兴地，当然也提高了对理论知识的运用能力。

希望自己在以后的学习过程中，继续尝试做一些仿真设计，既能够验证理论知识，又能够锻炼自己的分析设计能力，激发自己的设计思维和创造力。