步驟1：了解您的資料

心電圖（ECG ）是醫(yī)生用來監(jiān)測心臟電活動的重要工具。從異常的心律到診斷熱衰竭，該功能非常有用。通過遵循此Instruction，您將能夠僅使用基本的實驗板技能和常規(guī)電子實驗室設(shè)備來構(gòu)建顯示人的心電圖的設(shè)備。一旦信號輸出良好，就可以使用同一信號來計算心率，或者使用微控制器來計算另一個有趣的指標(biāo)。

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如果您不知道什么是ECG， ，它只是心臟活動的記錄。由于心臟收縮的電特性，因此可以通過在皮膚上放置電極并處理信號來記錄電壓的變化。這些電壓隨時間變化的曲線稱為心電圖（簡稱ECG）。 ECG通常用于診斷各種形式的心力衰竭或被動監(jiān)測患者的壓力。健康的ECG具有人與人之間普遍存在的特定特征。 （這包括一個P波，一個Q波，一個R波，一個S波，一個T波和一個QRS波。）我提供了帶有相應(yīng)心臟反應(yīng)的ECG的簡化圖。

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請注意，在心臟神經(jīng)中發(fā)生的每個電事件都與在肌肉組織中發(fā)生的物理事件相對應(yīng)，并且當(dāng)心臟的一部分收縮時，其他部分放松。通過這種方式，電信號的定時在心臟中非常重要，這使ECG成為測量心臟健康的非常有力的工具。

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但是，為了記錄實際的心電圖，許多后勤問題開始起作用，例如信號的大小，來自身體其余部位的噪聲量，以及來自環(huán)境的噪音為了彌補這一點，我們正在設(shè)計一個由三部分組成的電路：一個差分放大器，用于增加信號的大?。灰粋€低通濾波器，用于消除高頻信號的噪聲；以及一個陷波濾波器，用于消除60 Hz的噪聲，在使用交流電源的建筑物中始終存在。我將在下面為您詳細(xì)介紹這些步驟。

［圖片摘自https://courses.lumenlearning.com/ap2/chapter/card.。.］

步驟2：收集耗材

對于此項目，您需要：

- 1個大面包板（不過2個或更多會更好）

- 5個通用運算放大器

（我在UA741上使用了+ -15 V ，只需確保您選擇的電壓能夠承受15伏，否則您將需要調(diào)整無源元件的值，并且必須降低放大率。）

-電阻 》

o 2x 165歐姆

o 3x 1k歐姆

o 2x 15k歐姆

o 2x 33k歐姆

o 1x 42k歐姆

o 2x 60k歐姆

-電容器

o 2x 22nF

o 2x1μF

o 1x2Μf

-過多或跨接線

-能夠提供+ -15 V

-函數(shù)發(fā)生器和示波器（主要用于故障排除）

-至少三個粘性電極（如果您計劃記錄實際的ECG）

-足夠的電纜來連接所有這些廢話

-對電路，運算放大器和面包板的經(jīng)驗有深刻的了解。

如果您只是生日那天的面包板，并且想嘗試用它做些有趣的事情，請在嘗試之前至少進(jìn)行一些簡單的構(gòu)建。

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第3步：構(gòu)建差分放大器

差分放大器將把我們記錄的信號放大到可用水平，以顯示在示波器或屏幕上。該電路設(shè)計將吸收來自兩個輸入電極的電壓差并將其放大。這樣做是為了減少噪聲，因為將消除電極之間的常見噪聲。 ECG信號的幅度將根據(jù)記錄電極和個人的位置而有所不同，但從手腕記錄時，通常約為幾毫伏。 （雖然沒有必要進(jìn)行此設(shè)置，但可以通過在胸部放置電極來增加信號幅度，但要權(quán)衡的是來自肺運動的噪音。）

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I包括安裝示意圖。圖片中的電路應(yīng)將信號放大約1000倍。您可能需要根據(jù)決定使用的運算放大器的類型進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整此值的快速方法是更改R1的值。通過將R1的值減半，可以將輸出增益提高一倍，反之亦然。

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我假設(shè)你們中的大多數(shù)人都可以將此電路轉(zhuǎn)換到面包板上，盡管如此，我還是提供了一個面包板安裝圖，以簡化流程并希望減少故障排除時間。為了方便起見，我還附上了UA741（或LM741）引出線的圖片。 （出于您的目的，您不需要引腳1，5或8）運放上的V +和V-引腳將分別連接到+15 V和-15 V電源。 -15V與地面不同！您可以忽略面包板上的電容器。它們是用來消除交流噪聲的旁路電容器，但回想起來并不值得。

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我建議您在完成每個階段的故障排除后進(jìn)行測試。如電路所示，您可以將輸入之一接地，而另一輸入接地到小型直流電源以檢查放大。 （確保輸入《15 mV，否則將使運算放大器飽和）。如果您需要減少測試的增益，請不要大汗淋漓，任何超過500倍的增益對我們而言都是足夠的。此外，如果您將電路的增益設(shè)為1000，而僅顯示800的增益，那并不是世界末日，確切的數(shù)字并不重要。

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第4步：構(gòu)建陷波濾波器

現(xiàn)在我們可以放大信號，讓我們看看清理它。如果您現(xiàn)在將電極連接到我們的電路，則可能會產(chǎn)生大量60 Hz的噪聲。那是因為大多數(shù)建筑物都用60 Hz的交流電接線，從而不可避免地產(chǎn)生了很大的噪聲信號。為了解決這個問題，我們將建立一個60 Hz陷波濾波器。陷波濾波器旨在衰減非常特定的頻率，而保持其他頻率不變。完美消除了60 Hz的噪聲。

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像以前一樣，我提供了電路原理圖，面包板設(shè)置和我自己的電路的圖片。值得注意的是，雖然陷波濾波器是一個相對容易構(gòu)建的階段，但花了我最長的時間才能開始工作。我的輸入被很好地衰減了，但衰減為63 Hz，而不是60 Hz，不會衰減。如果遇到相同的問題，建議您更改R14的值。 （增加R14的電阻會降低衰減頻率，反之亦然）。如果您有一個可變電阻箱，則用它代替R14，然后用電阻值進(jìn)行玩具測試以找出最合適的電阻箱，因為它將對單歐姆量級的變化敏感。我最終得到了175歐姆的R14，但從理論上講，它最適合R12。

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同樣，您可以通過使用函數(shù)發(fā)生器輸入60 Hz正弦波并在示波器上記錄輸出來測試此階段。您的輸出應(yīng)約為-20 dB或輸入幅度的10％。如前所述，您可以檢查附近的頻率以進(jìn)行優(yōu)化。

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步驟5：構(gòu)建低通濾波器

如前所述，另一個重要因素是減少您的身體以及其他任何改變房間的噪音。低通濾波器是很好的選擇之所以這樣做，是因為就信號而言，您的心跳非常慢。我們的低通濾波器目標(biāo)是消除包含高于ECG頻率的所有信號。為此，我們需要指定一個“截止頻率”。在我們的情況下，我們希望消除高于該頻率的所有事物，而我們希望保持低于該頻率的所有事物。當(dāng)心跳發(fā)生在1到3赫茲的數(shù)量級時，構(gòu)成我們的心電圖的各個波形的頻率要高得多。 1至50赫茲附近。因此，我選擇了80 Hz的截止頻率。它足夠高，可以將所有有用的成分保留在信號中，但是仍然可以消除隔壁房間中HAM無線電發(fā)出的噪音。

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我沒有關(guān)于低通濾波器的任何明智建議，與其他階段相比都非常簡單。與放大器類似，不用擔(dān)心在80 Hz時會出現(xiàn)精確截止的情況；這并不重要，也不會現(xiàn)實發(fā)生。但是，您應(yīng)該使用函數(shù)生成器檢查其輸出。根據(jù)經(jīng)驗，正弦波應(yīng)不經(jīng)過濾以10 Hz穿過濾波器，并應(yīng)將其切成130 Hz的一半。

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步驟6 ：鉤上它！

如果您已經(jīng)做到了，那就恭喜！您具有ECG的所有組件。您需要做的就是將它們連接在一起，拍打電極，然后將輸出連接到示波器以查看您的ECG！

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以防萬一如何戴上電極，我建議將輸入電極粘在手腕上（每只手腕上一個），并將接地電極連接到腿上（圖片可能會有所幫助。）提醒一下，每個輸入電極應(yīng)在電極上接一個正輸入。放大器中的運算放大器。 （僅出于仿真目的在電路圖中接地）

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連接后，將低通濾波器的輸出連接到示波器，并為此感到自豪你自己！讓所有的孩子戴上電極，看看他們的心跳。哎呀，讓你的鄰居來嘗試一下。如果您有多余的動力，可以將輸出連接到微控制器，以根據(jù)單個信號計算心律。 （您可能想在執(zhí)行此操作之前先降低放大率，否則可能會炸毀正在使用的電路板）。無論如何，恭喜您的構(gòu)建，祝您制作愉快！

責(zé)任編輯：wv