心电记录电路设计(框图/波形以及信号放大器的选择)

心电图波形
心电图波形是这样的:

去极化
当电活动发生时，心肌纤维收缩并产生运动。这种情况称为去极化。当血液被泵送到全身时，会导致收缩。当心室收缩时，称为收缩。

再极化
放松的心肌称为电复极化，放松的心室称为舒张。
心电记录设置框图

除颤器保护电路
电极导线的一端沿患者的 RA、 LA、胸部和 LL 连接。电极的另一端通过除颤器保护电路。保护电路有缓冲放大器和过载电压保护电路。

导联选择逻辑
该模块有助于选择电极引线系统的类型，可以选择双极电极系统或增强电极系统。

校正电路
校正是一个有助于消除系统误差的过程。在这里，导联选择电路的任何变化都会导致心电图输出中的伪影。因此，校准装置可以帮助技术人员纠正心电图输出中的误差。

前置放大器
前置放大器采用高增益、高共模抑制比的仪表放大器和差动放大。

功率放大器
输出单元由功率放大器驱动。在使用前置放大器放大信号之后，它进入功率放大器。输出单元与笔电机相连。用笔式录音机录音需要很大的电力。因此，采用高功率增益放大器作为功率放大器。

生物放大器及其类型
为什么需要生物放大器？
一般来说，生物/生物电信号具有低振幅和低频率。为此，设计了增大生物信号放大器幅度电平的方法。这些放大器的输出用于进一步的分析，它们以心电图、肌电图或任何生物电波形的形式出现。这种放大器被定义为生物放大器或生物医学放大器。

生物放大器的基本要求

1. 生物放大器应具有较高的输入阻抗值。视乎应用程式而定，数值范围介乎2MΩ 至10MΩ 之间。较高的阻抗值可以减少信号的失真。
2. 当电极从人体获取生物电位时，输入电路应该受到保护。每个生物放大器应该由隔离和保护电路组成，以防止病人受到电击。
3. 由于生物电信号的输出在毫伏或微伏范围内，放大器的电压增益值应大于100dB。
4. 在整个带宽范围内，应保持恒定的增益。
5. 生物放大器应该有个小输出阻抗。
6. 一个好的生物放大器应该没有漂移和噪声。
7. 放大器的共模抑制比(CMRR)应大于80dB，以减少共模信号的干扰。
8. 生物放大器的增益应根据每次测量进行校准。

生物放大器类型

1. 差动放大
2. 运算放大器
3. 仪表放大器
4. 斩波放大器
5. 隔离放大器

仪表放大器

在生物医学应用中，高增益和高输入阻抗是通过仪表放大器来实现的。通常，3个放大器组成仪表放大器电路。传感器的输出作为仪表放大器的输入。在信号进入下一阶段之前，需要一个具有高共模抑制比、高输入阻抗和避免负载效应的特殊放大器。这样一个特殊的放大器是一个仪表放大器，可以完成所有需要的过程。

对于差动放大的每一个输入，非反相放大器都是连接的。从图中可以看出，左侧的放大器起到了非反相放大器的作用。

它们结合在一起形成仪表放大器的输入阶段。第三个运算放大器是差分放大器，它是仪表放大器的输出。

差分放大器 Vout 的输出是在输入点给出的两个输入信号之间的差值。VO1是运算放大器1的输出，VO2是运算放大器2的输出。

隔离放大器
隔离放大器被称为前置放大器隔离电路。隔离放大器增加了病人监控系统的输入阻抗。它还有助于将病人从设备中隔离出来。使用隔离放大器可以防止意外的心脏休克。它在病人和医院的电源线之间提供高达1012Ω 的绝缘。

电信号是用电极获得的。接收到的信号到放大器块，在那里信号放大发生。经过放大后，信号进入调制模块。当它到达隔离屏障时，可以使用光缆或变压器。如果在光缆的情况下，调制器输出传输到 LED。LED 把电信号转换成光能。如果变压器作为隔离屏障，调制器输出连接变压器的初级绕组。基于互感原理的能量从一次转移到二次绕组。在下一阶段，次级输出进入解调模块。最后得到了放大后的解调信号。

心电图隔离放大器
在心电信号测量过程中，所有导联产生的信号被发送到低通滤波器。这种滤波器被称为电外科滤波器，因为它减少了电外科手术和射频之间的干扰。其次是高电压和过电压保护，可以承受大电压除颤期间。

进一步地，它转到导联选择区域，该区域选择所需的配置。导联选择输出到直流放大器。我们有一个变压器，其初级绕组连接到振荡器和次级整流器和滤波器。心电信号用同步调制器进行调制。第二变压器将同步调制器的输出传送到同步解调器。解调器的输出作为功率放大器的输入。

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头
到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市
从2018年开始花了5年的时间
潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程
欢迎联系我们获取更多干货知识，
老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路”
我们纪客老白团队创建了工程师分享群 群里会有定期的技术分享与答疑。欢迎微信联系我们服务人员 LB5443 加群沟通