步驟1：了解您的資料

心電圖（ECG ）是醫生用來監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電子實驗室設備來構建顯示人的心電圖的設備。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。

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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。）我提供了帶有相應心臟反應的ECG的簡化圖。

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請注意，在心臟神經中發生的每個電事件都與在肌肉組織中發生的物理事件相對應，并且當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，以及來自環境的噪音為了彌補這一點，我們正在設計一個由三部分組成的電路：一個差分放大器，用于增加信號的大小；一個低通濾波器，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

-函數發生器和示波器（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行一些簡單的構建。

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第3步：構建差分放大器

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。 （雖然沒有必要進行此設置，但可以通過在胸部放置電極來增加信號幅度，但要權衡的是來自肺運動的噪音。）

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I包括安裝示意圖。圖片中的電路應將信號放大約1000倍。您可能需要根據決定使用的運算放大器的類型進行調整。調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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我假設你們中的大多數人都可以將此電路轉換到面包板上，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為1000，而僅顯示800的增益，那并不是世界末日，確切的數字并不重要。

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第4步：構建陷波濾波器

現在我們可以放大信號，讓我們看看清理它。如果您現在將電極連接到我們的電路，則可能會產生大量60 Hz的噪聲。那是因為大多數建筑物都用60 Hz的交流電接線，從而不可避免地產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發生器輸入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行優化。

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步驟5：構建低通濾波器

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。當心跳發生在1到3赫茲的數量級時，構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無線電發出的噪音。

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我沒有關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，不用擔心在80 Hz時會出現精確截止的情況；這并不重要，也不會現實發生。但是，您應該使用函數生成器檢查其輸出。根據經驗，正弦波應不經過濾以10 Hz穿過濾波器，并應將其切成130 Hz的一半。

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步驟6 ：鉤上它！

如果您已經做到了，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，以根據單個信號計算心律。 （您可能想在執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，恭喜您的構建，祝您制作愉快！

責任編輯：wv