基于集成运放的心电信号放大电路设计与仿真

曾 伟

（四川理工学院，四川 自贡 643000）

1 引言

心电信号是心脏电活动在人体体表的表征信号，信号比较微弱，常规的心电信号的电压幅值范围为10μV～5mV，频率范围是0.05Hz～100Hz。心血管疾病是目前威胁人类生命的主要疾病之一，心电监护是检查、诊断和预防该类疾病的重要手段和依据，而心电信号的监护首要前提是采集到心电信号。心电信号的采集电路一般包括采集信号的电极、前置放大器、低通滤波器、高通滤波器、50Hz陷波器以及后置放大器等几部分。其中后置放大电路是整个电路放大信号的主要部分，由于后续电路一般需要幅值在V级，所以整个系统总的电压增益需要1 000倍左右[1～2]。对于后置放大器的要求是低噪声、低漂移，且具有足够大的电压放大能力和一定的频带宽度，同时输出具有较大的动态范围。

2 放大电路的设计

图1 后置放大电路

3 电路仿真

在设计电路的过程中应用仿真软件对设计的电路进行仿真。首先创建一张原理图纸，然后加载仿真元件库文件，接着在该元件库中挑选需要的元器件放置在原理图纸上，并调整相应的元器件位置和设置元器件参数，最后用导线把元器件连接起来，如图1所示。在绘制完成电路图以后，接着对仿真进行设置。在设计的电路中添加集成运放的工作电源以保证集成运放能正常工作，LM324采用的是±12V的双电源供电。输入端的输入信号没有采取心电信号，而是采用的交流信号源，把交流信号源的频率和幅值参数设置在心电信号的参数范围内来验证电路的放大性能，如图2所示。在交流信号源的属性设置中的Part Fields项中把幅值设置为1mV，频率设置为100Hz。最后在输入端和输出端分别添加网络标号A和C，以便在仿真器中观察输入和输出的波形[3]。

图2 输入信号的参数设置

4 仿真结果分析

选择主菜单中的Simulate，再选择该菜单中的Run，或者点击主工具栏中的仿真运行按钮，可得到仿真的波形，见图3。从图3中可以看到输出波形c的幅值是V级，明显大于输出波形a的幅值mV级。

图3 输入波形和输出波形

对输出波形单独显示，测量输出波形的幅值[3]，如图4所示。利用测量工具可测得输出波形的峰峰值为1.990 8V，如图4左下角的Y值。

图4 输出波形

5 结束语

应用仿真软件对电路进行理论仿真，可以直观地分析电路的结构和性能，对仿真的结果进行分析可知，该电路的增益为995.4倍，与电路的理论值1 000倍差距不大，该电路可实现1 000倍增益的放大。

[1]周立波，梅大成，侯小凤，等.心电采集电路的设计与实现[J].信息技术,2011,10：130-135.

[2]张亚君，余永纪，洪明.一种便携式心电监测仪的设计[J].电子器件,2010,33（1）：105-108.

[3]高鹏，安涛，寇怀成.电路设计与制版——Protel 99入门与提高[M].北京：人民邮电出版社,2004.