心音放大器.docx

1、心音放大器心 音 放 大 器一实验目的本次实验主要是通过实践，使我们掌握一般放大电路的设计流程，硬件制作过程及实际电路焊接进一步熟悉等。二制作原理及电路1心脏搏动音透过胸壁，将振动传递到封装了的听诊头上，透过气体耦合，将振动传递给应变片上，应变片的振动使得应变片电阻发生变化，透过转换电路即可将心音振动信号转换为电信号输出。 由于所使用的心音传感器已经封装好，对于此黑盒，通过万用表实测可得：正向具有电阻，反向测量具有电阻（传感器引线红线接万用表正端输入，白端接负端输入），并且听诊探头振动时，正、反向均有电阻变化；然而，在外接信号时，只有正向接法才有电信号输出，因此估计传感器结构如下图1。图1 通

2、过外接驱动电压时反向接法的确只有左右。2放大电路沿用单电源支流偏置方法设计，用ewb仿真，总电路如下图2。图2对以上各部分进行说明如下：（1）偏置电压生成电路由于使用单电源供电，为使经运算放大器输出动态范围最大而不削波失真，应将电路地浮置为运算发达器正负电压中值，因此通过电压差提供运放电压时，应将浮低为。电路如图3。图3（2）实际电路缺省部分 由于传感器输出阻抗小（为）并且输出应变片实际电阻只有一片，只能组成单臂电桥，为方便驱动（实测中，用万能版搭建的单臂桥路其差动输出噪声很大，并且原理上是非线性输出的，输出电压与应变电阻关系为，其中为应变电阻，桥路如图4，静态时有，为应变电阻变化）改进电路如

3、图5。图4图5对于该图静态输出电压； 动态输出电压 当时，动态输出为 为使输出灵敏度最大，对上式分母进行一阶求导可得关系为 因此，从实验室中选取较接近传感器内部电阻的上拉电阻即电阻。对此，不采用同相并联结构作为输入级，而直接用1隔离级代替。（3）巴特沃斯滤波器虽然巴特沃斯滤波器滚降较小（滚降大时需要高阶），但由于在通频带范围内，其幅度响应比较稳定，并且相位线性较好，因此选用巴特沃斯滤波器。二阶巴特沃斯低通滤波器其幅度响应通式为：其中二阶时，组成四阶时阶数确认后，其截止频率二阶巴特沃斯高通滤波器如下图6图6其截止频率理论为仿真结果如图7图7仿真其截止频率为；实际为18Hz。同理，四阶低通巴特沃斯

4、滤波器如图8图8其截止频率为仿真结果如图9图9仿真截止频率为677Hz；实际测量为680Hz。（4）可调增益放大器由于心音在体表的振幅因人而异（取决于心源振幅及胸壁衰减），因此，为了尽可能的放大心音信号而无削波失真（在+5V驱动电压条件下），选用可调增益放大器，其电路如图10。图10因此通带内最大总放大倍数为通带内放大倍数范围为可调。仿真增益为最大180倍；实际测量为最大170倍。电路原理总图如图11图11印制电路板图如图12图12三维布局图如图13图13三实验过程问题与解决方法首要问题为心音传感器的内部结构：包括内部传感器类型（应用直流或交流驱动），传感信号强度（决定放大倍数），输出电阻（决

5、定放大器输入阻抗），温度及极化特性（选用直流或交流放大）等等。由于感应输出电压应人而异，利用如图5的驱动方法其感应输出电压为120mV，因此对于单电源供电而避免失真（驱动电压为+5V，直流偏置为+2.5V），其增益应在50200范围内。由于心音频率范围在20600Hz范围内，因此选用截止频率略低于20Hz的高通滤波器及略高于600Hz低通滤波器提取有用信号。仿真其频率响应如图14图14四实验体会与感想本次实验训练了资料搜集能力，在书本上及在中国期刊网等。使理论及仿真与实际结合，由于电路结构，参数的选取都要首先经过理论得出，对其仿真可以得到与实际相近的结果。然而，实际情况更复杂，由于外部干扰存在，往往得不到仿真理想结果，如直流偏置电路部分，由于没加大电容进行稳幅滤波，使得输出噪声很大。提高了检错能力，连接好的电路由于粗心等原因往往一次得不到正确的输出，因此，归纳的经验查错过程为首先检测输入信号有无，示波器有无夹紧，地有否连好；进而检查每一级输出是否正常等等。五参考文献1教材医学仪器设计2心音信号识别的意义及方法的研究，陈剑3一种心音信号的数字处理方法，武丽，李翔 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）