肌電放大器.doc

肌電放大器（交流供電）設計報告測試報告學號：30042023333專業(yè)：生物醫(yī)學工程班級：04級一班姓名：楊益民 日期：2007年1月18日肌電放大器（交流供電）設計報告肌電圖可以為骨骼肌及其神經(jīng)支配的生理狀況提供重要的信息。當運動單位發(fā)生各種病理變化時，均會出現(xiàn)異常肌電圖波形。根據(jù)神經(jīng)肌電活動的變化可以確定病變來自哪個部位、形狀和病變程度等，對病理過程不同的各種疾病做出區(qū)別，以供診斷。一般用體表法和微電極插入法記錄肌電圖。體表記錄肌電圖比較方便簡單，但不能記錄深部肌肉的電位。同時，在記錄體表肌電時，很容易受到其他體表信號的影響。在記錄深部肌肉或者某一運動電位的肌電圖時，常采用單極、雙極或者多極的插入式電極來記錄肌肉的一個小區(qū)域的局部電活動。肌電信號的幅度范圍為010mV（峰峰值），有用信號的頻率范圍被限制在0500Hz，并且肌電信號能量主要集中在50150Hz范圍內。下圖顯示了一個表面肌電信號和其功率譜。設計目的和應用 設計目的：本設計主要作用于肌電信號的放大和檢測，來獲得可以在示波 器上顯示出來的肌電信號波形。 應用：1.醫(yī)院肌電的臨床檢測。 2.健身房里人們運動程度是否過度的檢測。肌電信號的關鍵參數(shù)和放大器放大倍數(shù)幅度：20V5mV主要頻率范圍：10Hz500Hz 放大倍數(shù)：1040-1120倍（一）.電源主線變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓220V，50Hz交流電變壓整流12V直流輸出濾波穩(wěn)壓（二）.信號主線肌電信號10Hz高通濾波六階500Hz低通濾波光電隔離前置放大電路主放大電路主放大電路50Hz陷波器（1）.高通隔直 圖：一階無源高通電路 fo1/2R1C110Hz （2）前置放大電路放大倍數(shù)A149.4/Rg100（3）光電隔離 圖：線性隔離放大器該電路又稱隔離放大器,如圖所示,電路的核心由2個光電耦合器V1 和V2 。V2 和R3 組成輸出級;V1 和V2 的初級串連,共用同一激勵電流I1 ;V1和R2 模仿輸出形式,組成負反饋電路。設V1 和V2 的電流非線性傳輸函數(shù)分別為g1 ( I1) 和g2 ( I1) 。 即I2 = g1 ( I1) (1)I3 = g2 ( I1) (2)A 是單電源運算放大器,根據(jù)理想運放的概念,有下列關系:Ui = UA = I2 R2 Uo= I3 R3G = Uo/ Ui = I3 R3/ ( I2 R2) (3)將式(1) 、式(2) 代入式(3) 得G =R3g2 ( I1)/R2g1 ( I1) = Kg2 ( I1)/g1 ( I1)式中K = R3/ R2如果V1 和V2 是同型號光電耦合器或是同一封裝的雙光電耦合器,那么,可以認為它們的傳輸函數(shù)的溫度特性和電流非線性是完全一致的,即g1( I1) = g2 ( I1) ,則G = K。常數(shù)K 即為該隔離放大器的電壓傳輸比。由此可見, 利用光電耦合器V1和V2 電流傳輸系數(shù)的對稱性,一個作輸入,一個作反饋,可以巧妙補償其非線性。 （備用方案） 同相電壓電流轉換電路部分 ViEI（RsRw） 光電耦合電路部分 IoI （為電流傳遞系數(shù)）電流電壓轉換電路部分 IoVcc/R1Vo/R2 由可得 Vo=R2（ViE）/(RsRw)Vcc/R1（4）六階500Hz巴特沃思低通濾波電路計算：1.查表，得六階巴特沃思低通濾波器的電阻值為C1=1.035F ,C2=0.9660 F, C3=1.414F，C40.7071F，C53.863F，C60.2588F。2.頻率變換因子 FSF=6.28500=3140。3.取Z=10000 。4.根據(jù)公式C=C/(ZFSF)和R=RZ ，得C1=0.033F, C2=0.031F, C3=0.045F，C40.023F，C50.123F，C60.008F ，R=10K歐。5.再根據(jù)電容標稱值和電阻標稱值做出最終的選擇：C10.033F，C20.033F，C30.047F，C40.022F，C50.1F，C60.01F ，R10K歐。得出的六階巴特沃思低通濾波器如下圖。（5）后級放大電路可調倍數(shù)ARf/R1（10倍） 截止頻率粗略計算：fH1/2C2（Rf+Rw+R1） fL=1/2C1R1（6）50Hz陷波器 陷波中心頻率： fo=1/2RC 品質因數(shù)：Q1/4（1） 帶寬：Bfo/Q設計小結：（1）本設計的創(chuàng)新點：1.光電隔離部分采用了新型線性隔離放大器，可以很好的補償光電耦合器的非線性。2.50Hz陷波器采用兩個同阻值的電容并聯(lián)，這樣可以使得陷波的參數(shù)更準確，陷波的效果更好。（2）設計中的缺陷：由于沒有合適的電源隔離芯片。電源沒有設計隔離。光電隔離放在前置放大后，前置放大部分的電源就只能由電池供電或者由交流電處理后（未隔離）的12V供電（有交流220V漏電的危險）。 肌電放大器（交流供電）測試報告（一）.電源主線變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓部分 測試結果：輸入220V交流電，輸出OUT112.08V，OUT211.98V。 （二）.信號主線 整體測試參數(shù)：1.差模 Vi20mV，Vo18.5V，AVD=907.5。 2.共模 Vi2.555V，Vo8.96mV，AVC=0.035。 3.共模抑制比 KCMRR20lg(AVD/AVC)=88.26dB。 4.靜態(tài)工作點 各點的靜態(tài)工作點都小于6.0mV。 5.輸入阻抗 Ri130M，輸出阻抗Ro0.52。 6.零點漂移|V02V01|/Kh=0.002mV。 7.輸入噪聲VinVo/AVD=6.0mV/907.50.066mV。 8.幅頻特性 （輸入10mV）頻率（Hz）36.940.945.0948.0250.0955.5664.46輸出（V）9.0759.0757.104.202.709.0759.075頻率（Hz）132.7165.4210.4305.1400.0500.0632.1輸出（V）9.0759.08.07.05.03.01.0(1).高通隔直 圖：一階無源高通電路 fo1/2R1C110Hz 測試結果：（輸入為幅度2V的正弦信號） 截止頻率fo10.9Hz頻率(Hz)7.39110.913.0315.7218.94輸出幅度(V)1.01.411.611.822.0 (2)前置放大電路放大倍數(shù)A149.4/Rg100測試結果：1.差模：Vi10mV，Vo1V，AVD100。 2.共模：Vi10V，Vo2mV，AVC0.0002。 3.共模抑制比：KCMRR=20lg(AVD/AVC)=113.9dB。 4.零點漂移|V02V01|/Kh0.0005mV。（3）光電隔離測試結果：在10Hz500Hz頻率范圍內，輸入1.15V正弦，輸出1.04V的正弦。放大倍數(shù)A0.91。(4)六階500Hz巴特沃思低通濾波電路測試結果：fo481.2Hz 輸入2V正弦 放大倍數(shù)A1.0頻率（Hz）88.24159.77229.53332.94432.89464.15481.2500600700輸出（V）2.001.901.801.701.601.501.411.300.780.40（5）后級放大電路放大倍數(shù)ARf/R1（10倍）測試結果：fo474.0Hz 輸入200mV正弦 放大倍數(shù)：A10頻率(Hz)6.8910.513.6315.6218.84108.24159.77輸出(V)1.081.411.611.822.02.01.90頻率（Hz）228.53326.94425.89454.15474.0510.2598.6輸出（V）1.801.701.601.501.411.300.78（6）50Hz陷波器 陷波中心頻率： fo=1/2RC測試結果：陷波中心：fo50.198Hz 帶寬B5.26Hz （輸入2V正弦）頻率（Hz）47.33048.45049.13250.19851.85052.589輸出（V）1.411.100.980.851.201.41 測試報告小結： 經(jīng)實驗證明：本人的設計最終可以檢測到較好效果的肌電信號和心電信號。但本實驗結果還有很多不完善的地方：1.光電耦合部分按照設計報告中的兩種方案都得不到好的效果，（主要是信號傳輸不到下級）。所以我只能采用測試報告中的方法。（該光電耦合電路雖簡單，效果卻很好）。