交流脑电放大器设计报告

交流脑电放大器设计报告 30042023241孟琳 一概述 脑电信号的测量是反映大脑电活动的重要指标。 它是用放在头皮表面的电极检测并放大与大 脑神经有关的生物电位。 临床上常用于诊断颅内病变， 探讨脑疾病的演变过程和药物疗效观 察等等，具有很重要的意义。 脑电是非周期信号，无论在幅值方面还是相位和频率方面都是连续变化的。 脑电按频率分可以分为 5 种 0.5～4HZ 20～200V 熟睡严重或脑疾时出现 4～8HZ 情绪不好时出现 8～13HZ 200～100V 安静时 13～40HZ 5～20V 紧张时出现 22～30HZ 及更高频率 2V 我们设计的脑电放电器主要放大以上信号，其中以波为主。 二系统设计 （1）整体参数设计 头皮表面脑电信号范围是 1～100V，所以整个信号放大 2400 倍，输出 0.00240.24V 脑电信号频率范围为 0.5～100HZ，所以电路设计通带为 0.5～100HZ。 输入短路噪声 3V 以下。 放大器的输入阻抗应大于 5M。 （2 ）系统框图 保 护 电 路 前 置 放 大器 时间常数 右 腿 驱 动 仪 表 放 大器 光电耦合 高 通 与 放大 50HZ 陷 波器 后级放 大 低通滤波 第一部分 第一部分和光电耦合的前部分需要另外用电源 （3 ）各部分参数分配 第一部分 前置放大器放大倍数为 4 ，CMRR80dB，Rin5M 无源高通 RC耦合放大器的低频响应 0.5Hz 仪表放大器 放大倍数 50 第二部分 光电隔离 增益为 1 第三部分 高通与放大 高通截止频率 0.5HZ，放大增益为 2 第四部分 低通滤波器 低通截止频率 100HZ 第五部分 50HZ陷波器 第六部分 后级放大 增益为 6 倍 （4 ）运放均为 LM324。 （5 ）前端电路5V 供电，后端电路12V供电。 三 单元电路设计 设置保护电路 作为生物医学测量的生物医学放大器在前级设置保护人体安全和保护放大器的电路是很必 要。 保护电路使通过电流保持在安全水平， 同时考虑到作用于人体的其他医学测量设备或可 能重在的某种干扰对放大器的破坏作用。 保护电路要求在输入出现 5000V高压时不会损坏电 路，二级管 D1D4选用低漏电的微型二极管 IN4148，其最大允许通过的瞬时电流是 100mA， 因此限流保护电阻选 R0R0 50K Ώ。 前置放大器 根据脑电信号的特点，其前置放大器应满足以下几个要求 1）高输入阻抗。被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻 的影响，必须提高放大器输入阻抗。一般情况下，信号源的内阻为 100kΩ ，则放大器的输 入阻抗应大于 5MΩ 。 2 ）高共模抑制比 CMRR。人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰， 一般为共模干扰。 前置级须采用 CMRR高的差动放大形式， 能减少共模干扰向差模干扰转化。 共模抑制比应在 80dB以上，最好高于 100dB。 3 ）低噪声、低漂移。主要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出 稳定。 参数选择 a 由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达 300mV，因此， 生物电放大器的前级增益不能过大，避免放大到后级饱和失真，本电路选为β 14。同时由 于存在比较大的电极电压，导致工作点产生漂移。为使其不致偏移出放大器的线性工作区， 要求前置放大器有宽的线性工作范围，以使心电信号不发生波形失真。 b由于信号源内阻可达几十 K Ώ、乃至几百 K Ώ，所以，生物电放大器的输入阻抗必须在几 M Ώ以上。故前级形式上采用 A 1 、A 2并联的高差动输入阻抗的放大电路，在理论上，若运放 理想，因并联型差动放大器的输入阻抗为无穷大，使共模抑制比也无穷大；理论其共模抑制 比与外围电阻的精度和阻值无关。 c 实际差动放大电路的共模抑制比受到放大电路的闭环增益、外围电路电阻匹配精度以及放 大器件本身的共模抑制比（CMRR D ）等诸多因素的影响。 d 除有源器件外，各回路的电阻均贡献噪声，而且与其在电路中的位置有关。与 A 1 、A 2 端相 连的 R 1 、R 2 的噪声相对影响最大。在低噪声设计中除了认真选择低噪声类的电阻外，在有源 器件的允许条件下，尽量选择低阻值的外回路电阻。前级总等效输入噪声电压与（12R 2 /R 1 ） 成反比，适当加大 R 2 /R 1 值有利于降低噪声。实验表明，当（R 2 /R 1 ） 〈5 时，噪声有明显的增 加。 仪表放大器 AD620 AD620 是一种只用外部电阻就能设置放大倍数为 1～1000 的低功耗、高精度仪表放大器。 尽管 AD620 由传统的三运放放大器发展规律而成的，但一些主要功能却优于三运放的仪表 放大器设计，电源范围宽（2.3V18V） ，设计体积小，功耗非常低（最大供电电流仅为 1.3mA） 。因而使用于低电压、低功耗的应用场合。 放大倍率计算公式 共模抑制电路右腿驱动电路 体表驱动电路是专为克服 50Hz共模干扰， 提高 CMRR而设计的， 原理是采用以人体为相加 点的共模电压并联负反馈， 其方法是取出前置放大级中的共模电压， 经驱动电路倒相放大后 再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动。通 常， 病人在做正常的心电检测时， 空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰是非常严重。 而使用右腿驱动电路就能很好地解决了上述问题。下面两个图片就是右腿驱动电路主要构 成。其中反馈共模电压可以消除人体共模电压产生的干扰，还可以抑制工频干扰。 右腿不直接接地，而是接到辅助放大器 A 3的输出端。从两电阻的结点检出经辅助反向放大 器放大的供模电压。可以在很大程度上抑制共模干扰. 综合以上几部分的总电路 光电隔离 心电放大器的漏电流会使做心电检测的对象受到电击。 为保证安全， 必须采取隔离措施将与 受检者相连的输入部分和前置放大部分的地线同同整机的地线相隔离 参数说明 1）R1R2R31K 前级电路把输入电压信号转换成与之正比的电流信号，经光电耦合器耦合到后级，光电 耦合器中的硅光敏三极管输出电流信号。第二个运放将电流信号转换成电压信号。电路 中的三极管补偿光电耦合的非线性。 2）VS＝5V，电池 5V 供电； VC＝12V，为交流电稳压到 12V 后直接供电； 3）光电耦合用 TLP521-1 4）R6＝R7330K,C11F  ,fo0.48HZ 高通（主要用于隔直流）与放大 参数说明 C10F  ,R200K,R1400K,放大倍数 Adv2 1 R R 2 因为光电耦合后，可能出现直流的漂移，所以电容来隔直流。 六阶高频信号滤波电路（低通电路） 高频滤波可用专用开关电容多阶滤波器或巴特沃斯滤波器或其他滤波电路， 时间常数可用一 般的 RC 电路。设计中选用巴特沃斯滤波器。不同阶数的巴特沃斯低通滤波器的幅频特性不 同,滤波器的阶数 N 越高，幅频特性衰减的速度越快，就越接近于理想幅频特性。 一个 N 阶滤波器可以用