肌电放大器.doc
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肌电放大器（交流供电）
设计报告
测试报告
学号：
30042023333
专业：
生物医学工程
班级：
04级一班
姓名：
杨益民
日期：
2007年1月18日
肌电放大器（交流供电）设计报告
肌电图可以为骨骼肌及其神经支配的生理状况提供重要的信息。
当运动单位发生各种病理变化时，均会出现异常肌电图波形。
根据神经肌电活动的变化可以确定病变来自哪个部位、形状和病变程度等，对病理过程不同的各种疾病做出区别，以供诊断。
一般用体表法和微电极插入法记录肌电图。
体表记录肌电图比较方便简单，但不能记录深部肌肉的电位。
同时，在记录体表肌电时，很容易受到其他体表信号的影响。
在记录深部肌肉或者某一运动电位的肌电图时，常采用单极、双极或者多极的插入式电极来记录肌肉的一个小区域的局部电活动。
肌电信号的幅度范围为0~10mV（峰峰值），有用信号的频率范围被限制在0~500Hz，并且肌电信号能量主要集中在50~150Hz范围内。
下图显示了一个表面肌电信号和其功率谱。
设计目的和应用
•设计目的：
本设计主要作用于肌电信号的放大和检测，来获得可以在示波器上显示出来的肌电信号波形。
•应用：
1.医院肌电的临床检测。
2.健身房里人们运动程度是否过度的检测。
肌电信号的关键参数和放大器放大倍数
幅度：
20μV－5mV
主要频率范围：
10Hz－500Hz
放大倍数：
1040-1120倍
（一）.电源主线
变压，整流，滤波，稳压
220V，50Hz交流电
变压
整流
±12V直流输出
滤波
稳压
（二）.信号主线
肌电信号
10Hz高通滤波
六阶500Hz低通滤波
光电隔离
前置放大电路
主放大电路
主放大电路
50Hz陷波器
（1）.高通隔直
图：
一阶无源高通电路
fo＝1/2πR1C1＝10Hz
（2）前置放大电路
放大倍数A＝1＋49.4/Rg＝100
（3）光电隔离
图：
线性隔离放大器
该电路又称隔离放大器,如图所示,电路的核心由2个光电耦合器V1和V2。
V2和R3组成输出级;V1和V2的初级串连,共用同一激励电流I1;V1和R2模仿输出形式,组成负反馈电路。
设V1和V2的电流非线性传输函数分别为g1（I1）和g2（I1）。
即I2=g1（I1）
（1）
I3=g2（I1）
（2）
A是单电源运算放大器,根据理想运放的概念,有下列关系:
Ui=UA=I2R2 Uo=I3R3
G=Uo/Ui=I3R3/（I2R2）（3）
将式
（1）、式
（2）代入式（3）得
G=［R3·g2（I1）］/［R2·g1（I1）］=K·g2（I1）/g1（I1）
式中 K=R3/R2
如果V1和V2是同型号光电耦合器或是同一封装的双光电耦合器,那么,可以认为它们的传输函数的温度特性和电流非线性是完全一致的,即g1（I1）=g2（I1）,则G=K。
常数K即为该隔离放大器的电压传输比。
由此可见,利用光电耦合器V1和V2电流传输系数的对称性,一个作输入,一个作反馈,可以巧妙补偿其非线性。
（备用方案）
㈠同相电压电流转换电路部分
Vi＋E＝I×（Rs＋Rw）⑴
㈡光电耦合电路部分
Io＝α×I⑵（α为电流传递系数）
㈢电流电压转换电路部分
βIo＝Vcc/R1＋Vo/R2⑶
由⑴⑵⑶可得Vo=R2［β×α×（Vi＋E）/（Rs＋Rw）－Vcc/R1］
（4）六阶500Hz巴特沃思低通滤波电路
计算：
1.查表，得六阶巴特沃思低通滤波器的电阻值为C1=1.035F,C2=0.9660F,C3=1.414F，C4＝0.7071F，C5＝3.863F，C6＝0.2588F。
2.频率变换因子FSF=6.28×500=3140。
3.取Z=10000。
4.根据公式C=C’/（Z×FSF）和R=R’×Z，得C1=0.033μF,C2=0.031μF,C3=0.045μF，C4＝0.023μF，C5＝0.123μF，C6＝0.008μF，R=10K欧。
5.再根据电容标称值和电阻标称值做出最终的选择：
C1＝0.033μF，C2＝0.033μF，C3＝0.047μF，C4＝0.022μF，C5＝0.1μF，C6＝0.01μF，R＝10K欧。
得出的六阶巴特沃思低通滤波器如下图。
（5）后级放大电路
可调倍数A＝Rf/R1（10倍）
截止频率粗略计算：
fH＝1/2πC2×（Rf+Rw+R1）
fL=1/2πC1R1
（6）50Hz陷波器
陷波中心频率：
fo=1/2πRC
品质因数：
Q＝1/4（1－β）
带宽：
B＝fo/Q
设计小结：
（1）本设计的创新点：
1.光电隔离部分采用了新型线性隔离放大器，可以很好的补偿光电耦合器的非线性。
2.50Hz陷波器采用两个同阻值的电容并联，这样可以使得陷波的参数更准确，陷波的效果更好。
（2）设计中的缺陷：
由于没有合适的电源隔离芯片。
电源没有设计隔离。
光电隔离放在前置放大后，前置放大部分的电源就只能由电池供电或者由交流电处理后（未隔离）的±12V供电（有交流220V漏电的危险）。
肌电放大器（交流供电）测试报告
（一）.电源主线
变压，整流，滤波，稳压部分
测试结果：
输入220V交流电，输出OUT1＝＋12.08V，OUT2＝－11.98V。
（二）.信号主线
整体测试参数：
1.差模Vi＝20mV，Vo＝18.5V，AVD=907.5。
2.共模Vi＝2.555V，Vo＝8.96mV，AVC=0.035。
3.共模抑制比KCMRR＝20lg（AVD/AVC）=88.26dB。
4.静态工作点各点的静态工作点都小于6.0mV。
5.输入阻抗Ri＝130MΩ，输出阻抗Ro＝0.52Ω。
6.零点漂移＝|V02－V01|/Kh=0.002mV。
7.输入噪声Vin＝Vo/AVD=6.0mV/907.5＝0.066mV。
8.幅频特性（输入10mV）
频率（Hz）
36.9
40.9
45.09
48.02
50.09
55.56
64.46
输出（V）
9.075
9.075
7.10
4.20
2.70
9.075
9.075
频率（Hz）
132.7
165.4
210.4
305.1
400.0
500.0
632.1
输出（V）
9.075
9.0
8.0
7.0
5.0
3.0
1.0
（1）.高通隔直
图：
一阶无源高通电路
fo＝1/2πR1C1＝10Hz
测试结果：
（输入为幅度2V的正弦信号）截止频率fo＝10.9Hz
频率（Hz）
7.391
10.9
13.03
15.72
18.94
输出幅度（V）
1.0
1.41
1.61
1.82
2.0
（2）前置放大电路
放大倍数A＝1＋49.4/Rg＝100
测试结果：
1.差模：
Vi＝10mV，Vo＝1V，AVD＝100。
2.共模：
Vi＝10V，Vo＝2mV，AVC＝0.0002。
3.共模抑制比：
KCMRR=20lg（AVD/AVC）=113.9dB。
4.零点漂移＝|V02－V01|/Kh＝0.0005mV。
（3）光电隔离
测试结果：
在10Hz－500Hz频率范围内，输入1.15V正弦，输出1.04V的正弦。
放大倍数A＝0.91。
（4）六阶500Hz巴特沃思低通滤波电路
测试结果：
fo＝481.2Hz输入2V正弦放大倍数A＝1.0
频率（Hz）
88.24
159.77
229.53
332.94
432.89
464.15
481.2
500
600
700
输出（V）
2.00
1.90
1.80
1.70
1.60
1.50
1.41
1.30
0.78
0.40
（5）后级放大电路
放大倍数A＝Rf/R1（10倍）
测试结果：
fo＝474.0Hz输入200mV正弦放大倍数：
A＝10
频率（Hz）
6.89
10.5
13.63
15.62
18.84
108.24
159.77
输出（V）
1.08
1.41
1.61
1.82
2.0
2.0
1.90
频率（Hz）
228.53
326.94
425.89
454.15
474.0
510.2
598.6
输出（V）
1.80
1.70
1.60
1.50
1.41
1.30
0.78
（6）50Hz陷波器
陷波中心频率：
fo=1/2πRC
测试结果：
陷波中心：
fo＝50.198Hz带宽B＝5.26Hz（输入2V正弦）
频率（Hz）
47.330
48.450
49.132
50.198
51.850
52.589
输出（V）
1.41
1.10
0.98
0.85
1.20
1.41
测试报告小结：
经实验证明：
本人的设计最终可以检测到较好效果的肌电信号和心电信号。
但本实验结果还有很多不完善的地方：
1.光电耦合部分按照设计报告中的两种方案都得不到好的效果，（主要是信号传输不到下级）。
所以我只能采用测试报告中的方法。
（该光电耦合电路虽简单，效果却很好）。
2.噪声抑制的还不够好，在心电检测中，由于噪声的干扰，P波和U波的波形不是很好。
学习小结：
在医电这门课中，经过从设计，答辩，到制作的全过程，我感觉自己确实学到不少知识和技术，也从中锻炼了很重要的动手实践能力。
总之，在这个过程中，我很有收获。
但从暴露出问题和过程中的个人感受来看，我还有很多很多东西不懂，不会，自己的知识和能力还很欠缺。
不过，我会努力的。
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