課程設(shè)計 醫(yī)用電子學(xué)肌電直流放大器設(shè)計報告及測試報告.doc

醫(yī)用電子學(xué)肌電直流放大器設(shè)計報告及測試報告四設(shè)計報告部分：一、直流肌電放大器的設(shè)計目的、意義、價值：1、設(shè)計目的： 本設(shè)計的目的主要集中在從人體采集肌電信號并對其進(jìn)行放大，進(jìn)而呈現(xiàn)在示波器上用于人體肌肉的電生理現(xiàn)象的檢測和觀察。通過顯示的肌肉的電生理現(xiàn)象的波形和波形的變化來檢測被測對象的生理狀況。2、設(shè)計價值： 本設(shè)計采用的是電池供電的直流肌電放大器，不僅可以設(shè)法做到低功耗，而且可以設(shè)計做成便攜式的肌電檢測儀，用于戶外運(yùn)動等場合隨時檢測被測對象的生理狀況，以便及時地做出相應(yīng)的反映，也使得生理狀況的檢測可以在醫(yī)院以外的地方隨時進(jìn)行，為廣大人民群眾提供便利。3、設(shè)計意義： 肌肉的生物電活動形成的電位隨時間變化的波形稱為肌電圖EMG（electromyography），肌肉的活動是一種快速的電活動，振幅在20V5mV，頻率為2kHz-10kHz（臨床上的常規(guī)肌電圖檢測取10Hz1000Hz就足夠了）。主要用于判定神經(jīng)肌肉的功能狀態(tài)，協(xié)助對運(yùn)動神經(jīng)疾病進(jìn)行診斷，被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科、骨科、耳鼻喉科及口腔科，有巨大的臨床意義。運(yùn)動單元是肌肉活動的最小單位，它由一個運(yùn)動神經(jīng)元以及它的軸突所支配的一組肌纖維組成。不同的肌肉組織，一個運(yùn)動單元所支配的肌纖維的數(shù)量不同，且差異很大。一個運(yùn)動單元在整塊肌肉組織上占據(jù)一定的區(qū)域，其直徑可達(dá)幾個毫米。正常肌肉在完全放松時沒有電活動，稱為電靜息。當(dāng)肌肉正常收縮時，出現(xiàn)的動作電位稱為運(yùn)動單位電位。由于針電極的面積相對很小，所以肌電圖記錄的運(yùn)動單元電壓都是部分運(yùn)動單位的電活動的總和，其波形也受到多種因素的影響，包括記錄到的肌纖維數(shù)目，肌纖維的電場在時間和空間上的分布以及記錄電極和終板區(qū)域的位置關(guān)系等。肌電圖總體上分為兩種，常規(guī)肌電圖和誘發(fā)肌電圖：常規(guī)肌電圖臨床上檢查三態(tài)，指骨骼肌松弛狀態(tài)，骨骼肌輕度及用力收縮狀態(tài)與被動牽張狀態(tài)，主要包括：1、插入電位：是指電極插入、移動、扣擊時，電極針對肌纖維的機(jī)械刺激所誘發(fā)之動作電位，正常肌肉此瞬時放電持續(xù)約100毫秒，然后轉(zhuǎn)為靜息電 位。2、靜息電位：當(dāng)電極插入處于完全松弛狀態(tài)下的肌肉時，無動作電位出現(xiàn)，顯示屏上表現(xiàn)為一條直線。3、運(yùn)動單位電位（MUP）：運(yùn)動單位電位波形根據(jù)其離開基線偏轉(zhuǎn)的次數(shù)分為雙項、三項、多項等，五項及以上為病理或異常。運(yùn)動單位電位從離開基線的偏轉(zhuǎn)起到返回基線所經(jīng)歷的時間稱為時程，其變化較大，一般為315毫秒。正常肌肉運(yùn)動單位電壓是亞運(yùn)動肌纖維興奮時動作電位的綜合電位，一般為1002000微V，最高不超過5毫V。4、被牽動時肌電變化：肌肉放松時使關(guān)節(jié)被動運(yùn)動，觀察運(yùn)動單元電位的狀況。5、不同程度隨意收縮的肌電相：骨骼肌不同程度收縮時，參與活動的運(yùn)動單元增多，波形包括單純相、混合相和干擾相。常規(guī)肌電圖主要用于神經(jīng)源性和肌源性疾病的鑒別診斷以及對神經(jīng)病變的定位，損害程度和預(yù)后判斷。誘發(fā)肌電圖：肌肉活動是受周圍神經(jīng)直接支配的，因此可以用各種方法刺激周圍神經(jīng)，引起神經(jīng)興奮，神經(jīng)再把這些興奮傳遞給終板，使肌肉收縮，產(chǎn)生動作電位，可以用于測定神經(jīng)的傳導(dǎo)速度和各種反射以及神經(jīng)興奮和肌肉興奮反應(yīng)，臨床上的應(yīng)用常有：運(yùn)動神經(jīng)傳導(dǎo)速度（MCV），感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度（SCV），F(xiàn)波（FWV），H反射（H-R），連續(xù)電刺激（RS），這些測定從廣義上說都可稱為誘發(fā)肌電圖，也稱神經(jīng)電圖（ENG）。誘發(fā)肌電圖在了解周圍神經(jīng)肌肉裝置狀態(tài)，了解脊髓、腦干、大腦中樞的機(jī)能狀態(tài)以及診斷周圍神經(jīng)疾病和中樞疾病上具有重大的意義。二、肌電信號及放大器設(shè)計概述：1、 肌電信號的幅值范圍在2V到5mV，屬于微弱電信號，因而需要引入的放大器的增益較高，又由于考慮到在獲取肌電信號時想采取無創(chuàng)的體表取信號，故而肌電的信號可能會比較微弱，因而在設(shè)計中會采取22004400倍左右的放大。2、 肌電信號的頻率范圍非常寬，在2Hz10kHz，而主要信號能量主要集中在10Hz1000Hz，而由于表面電極檢測的肌電信號的頻率范圍主要集中在10Hz500Hz之間，本設(shè)計采用的頻率范圍為10Hz600Hz，可能由于參數(shù)的設(shè)計有所變動。3、 人體肌肉組織是皮膚表面肌電信號的信號源，它發(fā)放的肌電經(jīng)過皮下軟組織的體電阻傳輸至皮膚表面（體電阻約為幾百歐姆），但是表面電極與皮膚之間的接觸阻抗比較高，約在幾千歐姆到幾十萬歐姆。另外接觸電阻還會受電極與皮膚的接觸松緊程度、皮膚的清潔程度、皮膚濕度、甚至四季時令變化等眾多因素的影響，變化會很大。由此可見，對于肌電放大起來說，肌電信號源是一個高內(nèi)阻的信號源。因此，要求設(shè)計時放大器有較高的輸入阻抗，來平衡并減小高信號源內(nèi)阻帶來的影響。4、 人體可以說是一個導(dǎo)體，處在地球這個巨大的電磁場里必然會使我們在進(jìn)行肌電信號的測量時受到一定的影響，更何況現(xiàn)代社會各種醫(yī)用、實驗室用電磁設(shè)備和外界的高頻電磁信號充盈著世界的每個角落，其在信號提取和測量過程中帶來的影響不可忽略，與此同時，人體內(nèi)還存在的心電信號、腦電信號等信號也必須予以抑制，而由于這種信號的影響多屬于共模信號形式，故而需要放大器的設(shè)計整體有較高的共模抑制比。5、 由于人體的肌電信號是比心電信號還要微弱的電信號，故而在設(shè)計放大器時必須考慮放大器內(nèi)部的低噪聲和低漂移特性。6、 由于此設(shè)計是采用直流供電，因而設(shè)計放大器時必須考慮低功耗的問題。三、總體設(shè)計：1、總體電路的設(shè)計框圖如下圖：2、整體參數(shù)的設(shè)計：根據(jù)肌電放大器的分析要求，確定整體參數(shù)如下： 差模電壓增益：=1100 差模輸入阻抗：大于10M共模抑制比：大于80dB 頻率帶寬：10500Hz3、整體電路框圖設(shè)計的概述：肌電信號的采集采用表面銀電極，無痛方便；高頻預(yù)濾波電路是濾掉頻率比較高的高頻信號，防止斬波帶來的影響；前置放大電路對肌電信號進(jìn)行初步的放大，同時通過右腿驅(qū)動電路消除50Hz的共模信號干擾，高通網(wǎng)絡(luò)和射跟網(wǎng)絡(luò)用以消除極化電壓和共模信號帶來的影響，使得前置放大可以設(shè)置盡可能高的放大倍數(shù)，采用1100倍；低通濾波和高通濾波用以消除10Hz600Hz以外的肌電信號；50Hz雙T陷波器用以消除工頻干擾；后級放大電路用以進(jìn)一步放大采集的肌電信號以便于顯示于示波器上進(jìn)行觀察。人體普通銀電極高頻預(yù)濾波電路前置放大電路低通濾波 電路50Hz雙T 陷波 器右腿驅(qū)動電路右腿后級放大電路輸出顯示電池為MAX4194供電或12V為AD620供電電源四、單元電路的設(shè)計：1、 信號提取表面電極提取肌電信號：（1）、要在人體肌肉(信號源)與肌電控制裝置之間建立電的良好聯(lián)系，就必須依靠引導(dǎo)電極。但并不是任何形狀、尺寸、材料和工藝制作的電極都能取得肌電引導(dǎo)的良好效果的。這是因為電極材料要與人體組織(包括細(xì)胞組織和體液等)接觸，不僅有電化學(xué)方面的聯(lián)系，也會發(fā)生物理的和化學(xué)方面的作用。電極按構(gòu)造的不同大致可作如下分類:表面電極與其它電極相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，選用表面電極引導(dǎo)肌電應(yīng)考慮如下因素:(1)由于人的皮膚基本上是電的不良導(dǎo)體，而皮下組織卻是電的良導(dǎo)體，它們之間存在阻抗(電阻)，于是實際形成了在信號源與信號放大器電路之間構(gòu)成了串聯(lián)回路。當(dāng)放大器輸入阻抗較低而皮下組織阻抗較高時，輸入信號將大為減弱，使電極引導(dǎo)肌電的效果不良。選用高輸入阻抗的放大器，可以提高輸入電壓，但會影響整個系統(tǒng)對周圍環(huán)境電氣干擾的抗干擾能力(即對電氣干擾敏感)。因此放大器輸入阻抗應(yīng)選取適當(dāng);(2)電極與皮膚表面接觸，它們之間形成一個界面產(chǎn)生接觸電阻。由于皮膚表面汗液等(含NaC1)化學(xué)成分，界面上可能發(fā)生溶液的電解并產(chǎn)生有損皮膚組織的物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)考慮在肌電信息的檢出過程中，使電極接觸阻抗保持穩(wěn)定(通常這種接觸電位差達(dá)幾百毫伏電平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過微弱的肌電發(fā)放電平)，并避免對人體有害的物質(zhì)產(chǎn)生:(3)不是采用懸浮電極的情況下，電極與皮膚表面發(fā)生的微小位移會引起噪音，干擾肌電信號;(4)肌電信息在人體組織內(nèi)的傳遞(容積導(dǎo)體)，會隨著距離的增加而很快急減。因此，電極適宜貼放在肌電發(fā)放最強(qiáng)的肌腹部，以減少鄰近肌肉的肌電干擾(串音)。采用較小的電極可提高選擇性，但會增加電極與皮膚間的接觸阻抗。本文電極是參照被肌電假手廣泛采用的表面電極設(shè)計制作的。電極極片的基體用銅制作，表面鍍銀，其形式采用常用的雙極型，并在兩個電極中間插入了一個參考電極，也稱作無關(guān)電極，以利于降低噪聲，提高對共模信號的抑制能力。電極貼在絕緣塑料板上。其形狀如圖3-1所示:（2）、電極在測量中的放置問題：電極的放置是在表面肌電信號檢測中值得注意的問題，在放置檢測電極時應(yīng)該注意以下問題：、電極應(yīng)避免放在肌腱上。因為肌纖維在接觸肌腱處會變得更細(xì)，而且肌纖維數(shù)量也減少了，導(dǎo)致肌電信號幅值的降低。、電極應(yīng)該避免安放在肌肉運(yùn)動點(diǎn)。運(yùn)動點(diǎn)即肌肉上能施加更小電刺激就能觀察到表面肌纖維抽動的點(diǎn)。運(yùn)動點(diǎn)附近的信號不穩(wěn)定。、電極應(yīng)沿肌肉纖維的縱向放置，即電極的長軸與肌纖維的長軸方向平行。、電極應(yīng)避免放在肌肉的外邊緣，電極很可能檢測到來自臨近肌肉的串?dāng)_。2、高頻預(yù)濾波電路（實際電路中未采用，帶來噪聲太大）：一般放大器的高頻濾波都放在后級，這樣雖然可以消除高頻干擾在后級輸出信號中的直接出現(xiàn)，但是卻無法消除高頻干擾對放大器前級的影響。通常導(dǎo)電極或引導(dǎo)線上往往感應(yīng)有較強(qiáng)的高頻干擾，。由于電極電位的影響，放大器前級的基線發(fā)生偏離，接近正電源或者接近負(fù)電源。這樣在高頻信號通過時（一部分被斬波）出現(xiàn)類似二極管斬波的效應(yīng)，產(chǎn)生一個低頻的成分，易被誤認(rèn)為肌電信號的一部分。其實質(zhì)是過強(qiáng)的高頻信號在通過前級時形成阻塞，進(jìn)而通過斬波的方式產(chǎn)生一個低頻干擾信號，如果在前級設(shè)計一個電路對高頻的信號進(jìn)行預(yù)濾波，即可以大大減少此類干擾出現(xiàn)的可能性。因此設(shè)置一個高頻預(yù)濾波電路來避免上述情況。由于高頻濾波的作用，放大器的輸出信號已無高頻成分，這樣同時也不能發(fā)現(xiàn)這種干擾的真正來源。當(dāng)然前級的濾波電路不能損害放大器的其他指標(biāo)。圖示的電路既可以濾除差模高頻信號，又不破壞放大器兩邊對稱的要求。此處設(shè)計如下圖的高頻預(yù)濾波電路，也就是一個簡單的對稱匹配的低通網(wǎng)絡(luò)，只不過低通的截至頻率要比一般低通高得多。參數(shù)選擇：高頻濾波的電阻選擇R24K，C560PF，截至頻率為f=11.84kHz。3、 前級進(jìn)入的保護(hù)措施（已采用方案）：對于這種保護(hù)措施，可以再前置放大器兩輸入端對地接入保護(hù)電路T1、T2加以解決，從保護(hù)電路的角度進(jìn)行選擇是確保前置放大器的正常情況下的高輸入阻抗，也就是T1、T2不應(yīng)該有任何漏電流，且在干擾電極沖擊下保護(hù)儀器本身不會被損壞。 由圖可知此保護(hù)電路的擊穿電壓為， 且應(yīng)選擇高于正常生理信號。針對不同強(qiáng)度的 干擾電壓來選擇保護(hù)器件。對于低電流的情況，正常情況下工頻干擾可達(dá)到300mV左右，這樣就可以在前置放大器每一輸入端并聯(lián)一對反方向的硅二極管，。4、 前置放大電路：（1）、合理安排隔直流電容（如果并聯(lián)差動放大的放大倍數(shù)不高，可以省去這兩個電容）：人體體表存在直流形式的皮膚電位，通常皮膚層上大約有20mV的電壓存在。另一方面，電極與皮膚間由于化學(xué)特性不同也會產(chǎn)生接觸電位。如果不將這部分表現(xiàn)為直流的電位濾除，會導(dǎo)致具有高增益的前級放大電路飽和阻塞。如果簡單地在兩個差分輸入電極與放大器輸入端之間加入電容來隔離皮膚電位會因為電容容量的離散而導(dǎo)致差分電路不平衡，使得共模抑制比下降。在我們的設(shè)計中，將容量相等的隔直流電容加在電阻R1兩端。當(dāng)R2=R3時，前級差分放大電路增益為K = 1+。加入電容， 后直流電流不再流經(jīng)R3，所以，使得直流增益降低，從而消除了皮膚電位，而且保持了電路的平衡。（2）、并聯(lián)式差動放大電路：在前置放大電路的最前端采用了并聯(lián)式差動放大電路，增益為11。我們知道在運(yùn)算放大器是理想的情況下，并聯(lián)差動放大電路的輸入阻抗為無窮大，輸出阻抗為0，這樣其共模抑制比也為無窮大，而且在理論上共模抑制比與外圍電阻的阻值和精度無關(guān)。因而采用這種差動放大電路既可以起到放大信號的作用，同時也能較好地消除共模信號帶來的干擾。另外，如果可以采用雙運(yùn)方的芯片作為并聯(lián)差動放大電路的運(yùn)算放大器將可以提高匹配系數(shù)，達(dá)到更好的效果。、采用已申請的芯片MAX9912作為并聯(lián)差動放大器的核心部分，其主要參數(shù)如下，完全超過對參數(shù)的要求。、采用申請失敗情況下準(zhǔn)備使用的LM324作為并聯(lián)差動放大電路的核心部分，LM324是四運(yùn)放放大器是內(nèi)含四個特性近似相同的高增益、內(nèi)補(bǔ)償放大器的單電源（也可以是雙電源）運(yùn)算放大器。電路可以在+5V或+15V下工作，功耗低，每個運(yùn)放靜態(tài)功耗約0.8，但驅(qū)動電流可達(dá) 。其主要參數(shù)如下：電壓增益 100dB 單位增益帶寬 1MHz單電源工作范圍 3V-30V DC每個運(yùn)放功耗（V+=5V時） 1mV/op.Amp輸入失調(diào)電壓 2mV（最大值7mV）輸入偏置電流 50nA-150 輸入失調(diào)電流 5nA-50 輸入共模電壓范圍 （單電源） （雙電源）輸出電壓幅度 0-V+-1.5VDC（單電源時）輸出電流 40mA放大器間隔離度 -120dB（f0：1kHz-20kHz）（3）、高通濾波網(wǎng)絡(luò)：此處加入無源的高通濾波網(wǎng)絡(luò)，濾除10Hz以下的信號。同時兩個電容也起到隔直流的作用，并可以去除所采集信號中的極化電壓。同時也可以使后面的儀用放大器或者并聯(lián)差動放大網(wǎng)絡(luò)的增益得到提高，進(jìn)一步提高共模抑制比。（4）、共模驅(qū)動技術(shù)：采用這樣的共模驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)可以避免高通濾波網(wǎng)絡(luò)中阻、容參數(shù)不匹配導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模信號干擾情況的發(fā)生。方案一（已采用）：方案一中設(shè)計的前置放大器采用的是低噪聲的儀用放大器MAX4194作為放大器的核心器件，放大倍數(shù)為100倍。最低2.7V的工作電壓滿足電源要求。同時還具有軌軌（輸出幅度可接近電源電壓）的特性，放大器輸入端設(shè)計有高通濾波器可以抑制極化電壓，MAX4194的失調(diào)電壓不到100V，滿足要求。前置放大電路的參數(shù)設(shè)置：o 第一級放大：放大倍數(shù)11倍，選取R1=10 K ,R2=R3=50 K，用以確定放大倍數(shù)；C1=C2=1 用作隔直電容（沒有加入，因為有高通的電容已經(jīng)起到了隔直作用，在此可以省略，并且避免了耦合產(chǎn)生自激振蕩）。o 高通濾波網(wǎng)絡(luò)：選取截至頻率為10Hz，電阻R6=R7=16 K,電容C3=C4=1 。o 第二級放大：MAX4194儀用放大器為中心放大器件，選取RG=500 , 增益Ad=1+50K /500 =101倍。這時前置的總放大倍數(shù)為1111倍。 AD620儀用放大器為中心放大器件，選取RG500，則增益Ad=1+49.4K /500 =98.8倍，這樣前置的總放大倍數(shù)為1086.8倍。MAX4194的管腳及內(nèi)部電路（因為芯片壞了，沒有采用，而且供電問題比較麻煩）:MAX4194的主要參數(shù)：AD620的參數(shù)(采用此芯片，并且它的內(nèi)部電路和管腳圖跟MAX4194一樣):V供電2.318V最低100dB的CMRR(G=10)高輸入阻抗1000M0.6 mV/電壓漂移120 kHz 帶寬（G100）方案二：在申請MAX4194沒有成功的情況下，只好采用第二級的并聯(lián)組合差動放大電路，其放大倍數(shù)與方案一相同，為100倍。此電路在與前級的并聯(lián)差動放大器組合實現(xiàn)前置放大電路1100倍增益的同時，可以進(jìn)一步提高共模抑制比。5、右腿驅(qū)動電路（已采用）：o 右腿驅(qū)動電路能夠使50Hz的共模干擾降低到1以下，并且不以損傷肌電信號為代價。只是有可能交流電流經(jīng)人體回流而產(chǎn)生危險，因此電路中需要加一個限流電阻100K歐姆，右圖為右腿驅(qū)動電路圖：o 參數(shù)選取參照課本上的電路圖。即,（同時的作用是使右腿驅(qū)動電路工作穩(wěn)定），限流電阻為100K（由于是直流供電，電壓在12伏以下，故而限流電阻在減小噪聲的要求上可以省掉）。右腿驅(qū)動電路可以使前置放大器地共模增益提高20dB左右，故而在電路地設(shè)計中采用了右腿驅(qū)動電路的基本思想。6、濾波器：方案一：二階巴特沃思低通濾波電路：由于表面電極測量的肌電信號集中在101000Hz之間，因此在前置放大器將肌電信號放大后，就需要一個低通的濾波器選擇合適的波段，其中選取肌電信號。由于后續(xù)的電路中我還有專門的放大電路將肌電信號進(jìn)一步放大，因此在這里濾波器不對肌電信號進(jìn)行放大，只是專門的濾波功能。o 由于肌電信號頻帶較寬，變化范圍從2Hz10kHz，而且有用肌電信號主要集中在0500Hz，故選取截至頻率600Hz。同時由于肌電信號的寬頻特性，選取2階濾波器。為了保持信號在通帶內(nèi)盡量保持原來形狀，選用巴特沃斯濾波器。二階低通濾波器：o 參數(shù)設(shè)置：根據(jù)巴特沃斯低通濾波器的歸一化條件，取R1=R2=10 K,經(jīng)計算可得C1=0.037 ，C2=0.0185 。o 實驗結(jié)果：由于沒有恰好符合的電容，故選取了C1 =0.033 ， C2 =0.022 ，通過實驗得到其截至頻率f0=506Hz; 另外選取C1 =0.047 , C2 0.022 ，得到其截至頻率為f0 =460Hz。o 由于肌電信號有用的頻率主要在10500Hz，故而在設(shè)計中會采用第一組參數(shù)。 方案二：五階巴特沃思低通濾波電路（已采用）： 由于二階的濾波器其濾波的效果不是很好，過了500Hz之后下降過于平緩，在1000Hz時仍然沒有濾得很好，故而為了加速其下降的速度提高了巴特沃思低通濾波電路的階數(shù)到五階，電路圖如下，各個元件的參數(shù)如圖中所示，選取截至頻率在500Hz，實驗結(jié)果表明效果很好，截至頻率在499.7Hz，在1000Hz的時候已經(jīng)下降到5%以下。7、雙T50Hz陷波器： 信號的采集中最容易受到50Hz的工頻干擾，在前面的電路中已經(jīng)采用了右腿驅(qū)動電路等手段來消除工頻干擾帶來的干擾。但是前面消除的主要是50Hz工頻的共模干擾，而差模的干擾也可能在電路中轉(zhuǎn)換成共模信號或者差模信號本身都對肌電信號的提取顯示帶來一定的影響。故而有必要設(shè)計一個專門的陷波電路來消除50Hz的工頻干擾。下面就是我在設(shè)計中采用的雙T網(wǎng)絡(luò)50Hz陷波器。（對于 w=wo的其他頻率信號，通過雙T網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的負(fù)反饋，因為雙T網(wǎng)絡(luò)具有良好的濾波特性，在儀表的電源噪聲濾波電路中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，又因為雙T網(wǎng)絡(luò)具有比RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更好的選頻特性，故選用有源的雙T網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行陷波。） 該電路中的值隨著反饋系數(shù)的增高而增大，下式給出了該電路中值與（01）的關(guān)系：。但是，隨著的增高，電路將會出現(xiàn)不穩(wěn)定甚至自激振蕩，因此一般將值選在十至幾十的范圍內(nèi)。圖中是20K的電位器，調(diào)節(jié)可以改變值的大小。C的容量值可由下表選取，而R的值可以由下式求得：。1101010210210310310410410510510620110.10.10.0110410310310210210 由上表提供的選擇電容的方法，我進(jìn)行參數(shù)的選擇：選取C=0.47，有上面的公式可以求得R=6.8 K，這樣由于阻值和電容值標(biāo)稱值的限制，選取2C=1 ，R/2=3.3 K。然后選取阻值為90 K的固定電阻和為20 K的電位器。8、后級放大電路：o 后級放大電路是對前級處理過的肌電信號進(jìn)一步放大便于信號在示波器上的顯示和符合A/D轉(zhuǎn)換的要求以使轉(zhuǎn)換后信號不失真。由放大倍數(shù)的要求，通過計算得到了放大器的具體參數(shù)，選用的電阻分別為10 K和20 K，而其中的電位器用來做放大器放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。這里的實際效果和理論上肯定存在一定的差距，但是這一點(diǎn)誤差不會對電路的實際效果有值得考慮的影響。參數(shù)設(shè)置：o 選用LM324中的一個放大器作為反相放大器，電路中參數(shù)：R010 K， 20 K，并采用阻值為20 K的電位器。這樣，可以使后級放大器的放大倍數(shù)在2-4倍，總增益在2200-4400倍左右。9、電源供電： （1）、根據(jù)MAX4194的正常工作電壓范圍為雙電源時為：。故采用如下圖的電池組供電。若采用AD620，則可以采用12V供電，在設(shè)計的最后采用了AD620。 （2）、由于采用的是直流供電的供電方式，因此考慮到功耗要低的問題，在此不再設(shè)計單獨(dú)的電源轉(zhuǎn)換電路和穩(wěn)壓電路，因為這樣只會加大功耗，讓電池的電量消耗得更快，反而與初衷相背離了。電路中其他的運(yùn)算放大器LM324可以用12V供電，若用MAX9912則采用5V的單電源供電即可。 10、輸出顯示： 通過前面對肌電信號進(jìn)行的提取、放大、濾波、陷波、再放大等過程最終得到的肌電信號仍然是模擬的信號，將這個模擬信號輸入到示波器上進(jìn)行顯示，就完成了肌電信號的采集和顯示過程。再通過觀察顯示對肌電信號進(jìn)行調(diào)試、檢測和分析就達(dá)到了我們設(shè)計該放大器的目的。如果能得到較好的肌電信號顯示波形那么設(shè)計就算一個小小的成功了。測試報告部分;注：因為信號源所能提供的最小電壓在16.5mV，而供電的電源為12V，故而加入后級放大的話會放大2173.84347.2倍（因為已采用了AD620）會產(chǎn)生截至失真，故而在測試中沒有加入后級放大，只是對后級放大之前的電路進(jìn)行測試，即測試報告中出現(xiàn)的是陷波的輸出。1、靜態(tài)工作點(diǎn)：將放大器的兩輸入端對地短路，觀察各級輸出波形并記錄幅值（即放大器靜態(tài)噪聲），若每級的輸出端電壓幅值均小于0.5V即為合格。 前置放大電路的輸出靜態(tài)工作點(diǎn)：6mV 低通濾波器的輸出靜態(tài)工作點(diǎn)： 10mV 50Hz陷波的輸出靜態(tài)工作點(diǎn)： 9mV 后級放大的輸出靜態(tài)工作點(diǎn)： 25mV 2、 輸入噪聲：將放大器的兩輸入端對地短路，測出,計算輸入噪聲：由，其中是放大倍數(shù)，的幅值為25mV，計算得出：（參考心電圖機(jī)的折算輸入噪聲水平應(yīng)小于）3、 差模增益：將20Hz正弦信號輸入放大器的一個輸入端，另一個接地。用示波器分別觀察前級輸出波形和陷波之后的輸出的幅值，用示波器讀出輸入和輸出的電壓值，計算前置放大電路差模電壓增益：；然后計算整個電路除去后級放大的差模電壓增益：。4、 共模增益：在放大器兩輸入端輸入20Hz的正弦信號，用示波器觀察前置放大電路輸出的波形和陷波之后的輸出波形的并記錄，計算前置放大電路的共模增益： ；計算整個電路除后級放大的共模增益：5、 計算前置放大電路的共模抑制比：計算整個電路除后級放大的共模抑制比：6、 輸入阻抗：我采用的測量輸入阻抗的方法有以下兩種：（1） 、將輸出對地短接，然后讓電路工作，用萬用表測輸入端的電阻，這樣得到的輸入阻抗為：28.6M。（2） 、將一個輸入端接一個電阻然后接地，輸出接地，在另一個輸入端放進(jìn)一個適當(dāng)?shù)闹绷餍盘?，然后測電阻兩端的電壓。根據(jù)分壓比來確定輸入阻抗，這樣測得的輸入阻抗為：31.2 M。7、 輸出阻抗：將兩輸入端對地短接，然后在輸出端接一個電阻R1后，使電路工作，然后測量電阻兩端的電壓V1并記錄；然后斷開電源換一個電阻R2后，再使電路工作，然后再測量電阻R2兩端的電壓V2并記錄。然后再根據(jù)分壓比列兩個方程，解方程組最后求得的輸出阻抗為：206。8、 零點(diǎn)漂移：將放大器的輸入對地短接，相隔10分鐘（或者20分鐘），用示波器兩次觀察輸出電壓的變化并計算：零點(diǎn)漂移9、 幅頻特性：（1）、高通的理論截至頻率：10Hz 測量截至頻率：11.05Hz 低通的理論截至頻率：500Hz 測量截至頻率：499.7Hz 即理論帶寬： 10Hz500Hz 測量帶寬： 11.05Hz499.7Hz （2）、50Hz陷波的測試：輸入為16.50mV的正弦波，經(jīng)前置放大為17.55V，在進(jìn)入50Hz陷波器之前為17.15V，經(jīng)測量得到： 50Hz時的信號的峰峰值：0.69V 陷波深度： 中心頻率在50.28Hz，此時的峰峰值：0.25V 陷波深度： 另外還測得50Hz陷波器的頻帶：46.14Hz56.42Hz。 在整個電路中對每一級進(jìn)行幅頻特性的測量時得到如下的數(shù)據(jù)：（1）、前置放大電路中的高通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄如下表：1.6603.0244.9326.9458.56110.0011.0513.7716.432.654.607.309.3510.8011.8012.4013.8014.5019.1422.0925.3128.1332.9946.1973.0481.0315.2015.7516.1516.3516.8017.2517.5017.55（2）、五階巴特沃思低通濾波器的測量數(shù)據(jù)記錄：99.41129.1185.6245.9351.0375.2404.2427.4473.117.3017.1016.6016.2016.1516.1015.8515.3013.60490.2499.7514.4567.7657.3764.1854.11005.212.8012.4011.408.454.952.651.800.95（3）、50Hz雙T陷波器的測量數(shù)據(jù)記錄：30.1036.3939.6141.3042.8846.1449.1550.0150.2816.7016.4016.1515.5514.9512.153