1、電子線路CAD短學期設(shè)計報告學院： 電子信息學院學號： 15041523班級： 15040211姓名： 盧虎林 日期： 2017年3月11日一、實驗?zāi)康?通過一個實例來說明Pspice對設(shè)計方案和具體電路進行分析的過程，理解電路的自上而下的設(shè)計方法。二、實驗原理設(shè)計一個心電圖信號放大器。已知: (1）心電信號幅度在50V5mV之間，頻率范圍為0.032Hz250Hz。(2）人體內(nèi)阻、檢測電極板與皮膚的接觸電阻(即信號源內(nèi)阻)為幾十千歐。(3）放大器的輸出電壓最大值為-5V+5V。1、 確定總體設(shè)計目標由已知條件（1)可知該放大器的輸入信號屬于微弱信號,所要求的放大器應(yīng)具有較高的電壓增益和低噪聲

2、、低漂移特性。由已知條件（2)可知,為了減輕微弱心電信號源的負載,放大器必須有很高的輸入阻抗。另外，為了減小人體接收的空間電磁場的各種信號(即共模信號)，要求放大器應(yīng)具有較高的共模抑制比。因此，最后決定的心電放大器的性能指標如下： 差模電壓增益：1000(5V/5mV)； 差模輸入阻抗： >10M； 共模抑制比：80dB； 通頻帶：0.05Hz250Hz。2、方案設(shè)計根據(jù)性能指標要求,要采用多級放大電路，其中前置放大器的設(shè)計決定了輸入阻抗,共模抑制比和噪聲,可選用BiFET型運放,本設(shè)計采用了LF4111型運放(其中Avo=4 10 ,Rid4 10 ,Avc=2)，由于單極同相放大器的

3、共模抑制比無法達到設(shè)計要求(可通過Pspice仿真波形看出)，本設(shè)計采用了由三個LF411型運放構(gòu)成的儀用放大器。 第二級放大器的任務(wù)是進一步提高放大電路的電壓增益，使總增益達到1000。其次為了消除高、低噪聲，需要設(shè)計一個帶通濾波器。因為濾波器沒有特殊要求，本設(shè)計可采用較簡單的一階高通濾波器和一階低通濾波器構(gòu)成的帶通濾波器。3、 詳細設(shè)計 根據(jù)上述設(shè)計方案，確定了心電放大電路的原理圖，如圖5-1所示。A1、A2、A3及相應(yīng)的電阻構(gòu)成前置放大器，其差模增益被分配為40，其中A1、A2構(gòu)成的差放被分配為16，其計算公式為：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=

4、Vo3/(Vo1-Vo2)=-R6/R4=1.6。 為了避免輸入端開路時放大器出現(xiàn)飽和狀態(tài),在兩個輸入端到地之間分別串接兩個電阻R11、R22，其取值很大，以滿足差模輸入阻抗的要求。第二級由 A4及相應(yīng)的電阻、電容構(gòu)成。在通帶內(nèi)，其被分配的差模增益應(yīng)為(1000/40=25)，即Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1K，R10=24K。C1、R8 構(gòu)成高通濾波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1M，則可算出C1=4.58F，取標稱值電容C1=4.7F，算得fL=1/(2 C1 R8)=0.034Hz。C2，R10構(gòu)成低通濾波器,要求f =200Hz。取R10=24K,可

5、算出C2=0.03316F,取標稱值電容C2=0.033F，最后算出f =1/(2 C2 R10)=251.95Hz。可見滿足帶寬要求。4，實驗原理圖圖 5-1 心電放大器原理圖三、預習內(nèi)容完成心電圖信號放大器原理圖的初步設(shè)計四、實驗內(nèi)容計算機仿真調(diào)試，試計算：電壓增益；上限頻率，下限頻率和帶寬； 差模輸入電阻；共模抑制比。五，實驗步驟1、由直流小信號分析得到差模輸入電阻為4107,共模輸入電阻為2107。可見滿足性能指標要求。2、由幅頻特性分析得到前置放大器的差模幅頻特性和共模幅頻特性如圖5-2、5-3 所示?？蓽y得差模增益Avd=40，頻寬BW=345151Hz,共模增益Avc=7.951

6、0-6?？梢? 共模抑制比為40/（7.9510-6）5106=134dB，滿足性能指標要求。3、由幅頻特性分析得到第二級帶通放大器的幅頻特性如圖5-4所示,可測得Av25,f0.032Hz,f=200Hz.滿足設(shè)計要求。4、由差模輸入阻抗仿真圖5-5所示，可滿足差模輸入阻抗 >10M的要求。5、通過蒙特卡羅容差分析，得到如下結(jié)論：只有在電阻R1R7的精度為0.5%時，才能保證共模增益小于4×10-3，共模抑制比才能大于80dB，由此看出，儀用放大器的共模抑制比取決于電阻精度和A1與A2的匹配程度(對A1與A2的參數(shù)進行分析也能得到同樣的結(jié)果)。但是要購買到精度這樣高的電阻并不容易，實際上簡單而有效的辦法是在相應(yīng)的支路上串接一個精密電位器，如圖1中的Rp1、Rp2等，通過調(diào)節(jié)電位器將電路調(diào)整到最佳匹配狀態(tài)。圖 5-2 前置放大器的差模幅頻特性圖 5-3 前置放大器的共模幅頻特性 圖 5-4 第二級帶通放大器的幅頻特性 圖 5-5 差模輸入阻抗仿真圖六，總結(jié)想要獲得清晰穩(wěn)定的心電信號,心電放大器中