1、本科毕业设计（20届）电子听诊器信号采集所在学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】心脏病是威胁人类生命健康的疾病之一，听诊器是对其检测的一种有效工具，但是传统听诊器存在许多不足之处，影响了疾病诊断的准确性3。本课题的研究目的是为电子听诊器处理器提供采集并处理过的心音信号，以便处理器对信号进行其他处理。信号采集涉及到心音转为电信号，对电信号进行放大滤波处理，以及自动增益。心音转为电信号采用传统听诊器连接驻极体话筒来实现，传统听诊器将震动通过管道传播，震动较为强烈，然后通过驻极体话筒将震动信号转为电信号，完成信号采集。由于信号较小，采用放大电路进行一定程度
2、的放大，以便后续处理，然后将信号进行低通滤波，只留下小于1KHZ的信号。关键在于对信号进行自动增益，使输出信号峰峰值小于1V，采用N沟道场效应管的电阻可变性，控制电压采用信号经过二极管检波然后滤波得到纹波较小的直流电压，因为纹波的不可消除性，输出信号会不可避免的有一定的失真，可以通过增大电容来减小失真。【关键词】放大；滤波；自动增益。IIABSTRACT【ABSTRACT】HEARTDISEASEISTHEDISEASETHREATENSHUMANHEALTH,THESTETHOSCOPEISONEOFEFFECTIVETOOLTOTESTHEARTDISEASE,BUTDEFICIENCYO
3、FTRADITIONALSTETHOSCOPEMPACTTHEDISEASEDIAGNOSISACCURACYTHISPURPOSEOFTOPICISTOPROVIDESIGNALOFELECTRONICSTETHOSCOPEANDTREATEDFORHEARTSOUNDSIGNALSTOOTHERTREATMENTSIGNALPROCESSORSIGNALACQUISITIONINVOLVESHEARTSOUNDSINTOELECTRICALSIGNALS,AMPLIFICATIONFILTERINGPROCESSINGOFELECTRICALSIGNALS,ANDTHEAUTOMATICG
4、AINHEARTSOUNDSOFELECTRICALSIGNALSCONNECTWITHTRADITIONALSTETHOSCOPETOREALIZEADIODEMICROPHONE,THETRADITIONALSTETHOSCOPEWILLSHAKE,SHAKESPREADTHROUGHAPIPE,ANDTHENTHROUGHRELATIVELYINTENSEINEXTREMELYBODYMICROPHONESWILLBECONVERTEDTOELECTRICALSIGNALS,VIBRATIONSIGNALSCOMPLETESIGNALACQUISITIONDUETOTHESMALLERB
5、YAMPLIFYINGCIRCUIT,SIGNALTOACERTAINDEGREEOFUP,SOTHATTHEFOLLOWUPTREATMENT,THENWILLSIGNALLOWPASSFILTERING,LEAVINGONLYLESSTHAN100HZSIGNALTHEKEYLIESISAUTOMATICGAIN,TOMAKETHEOUTPUTSIGNALVVVALUEISLESSTHANBYN1VGULLY,THERESISTANCEOFTHEMOSFETUSINGSIGNAL,THECONTROLVOLTAGEVARIABILITYAFTERDIODEDETECTIONTHENFILT
6、ERGETRIPPLESMALLERDCVOLTAGE,BECAUSERIPPLECANNOTBEELIMINATE,OUTPUTSIGNALWILLINEVITABLYHAVEDISTORTION,WECANREDUCEDISTORTIONBYINCREASINGTHECAPACITANCE【KEYWORDS】AMPLIFICATIONFILTERINGAUTOMATICGAINIII目录1引言111研究的意义112国内外现状213本章小结32硬件系统设计414系统总体方案422放大电路设计423滤波电路设计524自增益电路5241一级放大电路6242整流电路7滤波是一种对信号进行处理的重要
7、概念。7243二级放大825元器件选择9251集成运放选择9252场效应管的选择9253其它元件选择926元件介绍9261集成运放9262电容11263结型场效应管123检测与调试1531测试与调试内容15311放大电路放大调试15312滤波电路调试15313自增益电路调试16314电位抬升电路16315综合调试164问题分析与解决方案1741遇到的问题和解决方案17411问题117412问题217413问题318414问题41842总结19参考文献20致谢错误未定义书签。11引言11研究的意义传统听诊器采用听诊器的原理固体传声。听诊器前端是一个面积较大的膜腔，体内声波鼓动膜腔后，听诊器内的密
8、闭气体随之震动，而塞入耳朵的一端，由于腔道细窄，气体震动幅度就比前端大很多，由此放大了患者体内的声波震动。人对声音的感受标准还有一个是音量，和波长有关，正常人听觉的强度范围为0DB140DB。换句话说音频范围内声音太响太弱都听不到，音量范围内音频太小（低频波）或太大（高频波）也听不到。传统的听诊器无法捕捉到脏器发出的一些微弱却非常重要的生物声，电子听诊器配置的放大芯片能够把脏器等发出的微弱的生物声放大达到能够听到的地步。心音是反映心脏生理及病理的一项重要指标,听诊是临床上广泛应用的一种诊断方法,对心音的听诊是诊断心脑血管疾病和呼吸系统疾病的主要手段之一。传统听诊器难以捕捉一些微弱的生理声信号且
9、诊断结果容易受听诊者主观经验的影响,因而准确性较差但是眼见为实，耳听为虚。耳朵可能由于其他声音干扰，产生误判现象，但是如果医生能够看到信号，那无疑就会减小误判。目前也有许多电子听诊利用这一点，提出一种可将声音信号放大并经示波器可以观察心音信号的电子心音听诊器,提高听诊的准确性。但是这样还是需要时间来根据信号判断病症，而如果将采集到的信号通过对比数据库内的病例信号，就可以快速判断，同时节约医生的时间，可以做其他的有用的事情，对于医生来说，时间就是生命。多一点时间就可以多挽救很多人的生命。听诊器能够听出许多反应疾病的生物音，正是这些微弱的信号才能给出医生准确的意见，医生根据听诊器给出的“意见”判断
10、病症，继而对症下药。传统听诊器自从它诞生的那天起挽救了无数人的生命，可以说治病是一场战争，那听诊器就是医生的“攻伐神器”。然而，不得不说，传统听诊器已经不能满足现代医学的发展，新式听诊器的诞生是历史和科技发展的必然产物，能够听到更清洗的生物音就预示着能够更准确快速找出病症所在。现在有些地方已经很少用听诊器了，取而代之的是一些现代高科技仪器。听诊器虽然古老，但是它的一些功能是无法被其它东西代替的，正是靠它，医生才能不断地积累丰富的临床经验，同时利用它给患者的病情作出诊断4。有些病依靠现代仪器是很难被发现的。比如经验丰富的医生用听诊器就能听出患者肺部的非对称性小水泡音，靠此诊断出早期肺炎的症状。但
11、是，如果只靠做CT和胸部透视检查，早期肺炎是很难被发现的。另外，哮喘病也是很难被仪器检查出来的病症，而有经验的医生依靠听诊器就能作出准确诊断。2但是，用听诊器诊断病情需要一定的经验积累，比如诊断早期肺炎患者时，医生需要有三年以上临床经验才能依靠听诊器作出诊断，而使用现代仪器则对医生的临床经验要求不高。但是总体来说，现在听诊器用得已经很少了，这和现代医学技术的发展是分不开的。现在的医学仪器性能好、操作方便，有些仪器对医生的经验要求很低或基本无需临床经验，因此，一些医生就渐渐地不再使用听诊器，转而靠其他现代仪器来判断病情。这导致了一些年轻医生越来越依赖现代仪器的现象。除了医学技术发展的因素以外，这
12、和现在医疗行业的大环境也有关系。由于各种原因，医院生存环境恶劣，许多医院出现了以“械”养医、以药养医的局面，这些都是听诊器这样“古老”、低成本的医疗器械不被医生重视的原因3。如果医生能用好听诊器，最明显的一个好处就是能节省患者的花费，这一点对于一些基层群众而言尤为重要。用小成本就能看好的病为什么还要花大价钱呢一些患者经济条件差，看个小病动不动就要上百元的检查费用，这对他们来说可是一个不小的负担。如果医生能根据病史和疾病特征，加上听诊器检查就可以诊断病情，就不必让患者做各种昂贵的检查了。有些患者认为听诊器过时了，觉得只要用好仪器检查就没有错，其实这样的想法也是错误的。听诊器和现代仪器不能互相替代
13、，同时，听诊器的熟练使用和现代仪器检查相辅相成，能给医生提供更准确的信息。研究表明，从上世纪50年代到90年代，随着医疗设备的发展，医生赖以诊断疾病的仪器越来越多，可是，临床医生的误诊率一直很高。首先，临床表现和实验室检查结果缺一不可。临床表现指患者的主观症状及被检查出的客观体征；实验室检查结果是指用现代仪器检查患者的生物化学、病理生理和病理解剖所得出的结果。医生们过度相信和依赖仪器检查，从而忽视了病人的基本症状和体征，这反而是不科学的。症状、体征和实验室检查结果反映的是疾病在发生和发展过程中某一具体时间横断面的情况，分别反映的是整个病程的某一个“点”。病史是反映疾病发生、发展和康复的动态演变
14、过程，反映的是由疾病的许多点组成的线与面。其次，当患者由于心理疾病而引起躯体上的症状时，误诊率高。许多心理疾病患者会在躯体上出现一系列的症状，甚至可以引起躯体的病理变化，当他们以躯体症状到综合医院看病时，需要靠医生仔细地询问病史，医生可以得出明确的诊断结论，这依靠仪器是检查不出来的。如果医生缺乏心理疾病方面的相关知识，不注意询问患者的病史，许多表面上是身体疾病单实际上是心理疾病的患者就会被误诊或误治。虽然现在电子听诊器正在不断崛起，各种各样的听诊器都在不断完善发展，但是传统听诊器还是有其举足轻重的地位。12国内外现状3听诊是临场上有用的看诊方式，例如听心音可以诊断心律不齐等疾病，听肺呼吸可以诊
15、断肺部疾病。科技发展到今天，国内外已经存在可视化的电子听诊器，可以说医学的发展离不开科技。起初电子听诊器只是将听诊器的信号进行简单处理后经过功放输出声音，对传统听诊器性能有了很大的提高，但是还是有赖于听来判断，判断方式单一。后来听诊器发展到可以看的地步，通过控制器来对信号进行AD转换，然后通过显示器进行信号显示。这种听到看的发展是一种变革。不仅大大增加了诊断准确度，而且大大缩短了诊断时间。但是这种图无法显示心脏杂音性质和杂音频率。如果能够从信号中分离出有用心音和杂音，那么将会更大的提高诊断效率和准确度。采用傅里叶变换可以将信号的频谱分析出来再加以显示，这样就可以脱离听的局限。完全将听诊器变为看
16、诊器。13本章小结本章首先介绍了电子听诊器的研究背景和意义。讲述了传统听诊器在临床实践中的重大意义，说明了课题的研究价值及意义，同时也说明了听诊器是不会落伍的，它不会被越来越多的高科技所代替。分析了国内外电子听诊器的发展现状以及对新型电子听诊器的功能预测。随着电子听诊器的发展，带动医诊技术的提高，促进医学发展，科技发展与医学发展紧密结合。但传统听诊器不会退出历史舞台，因为它经历了历史的考验，它是成功的。42硬件系统设计14系统总体方案对心音信号进行采集，因为脏器震动引发声音，最本质还是震动，所以采用驻极体话筒采集震动信号，并采用传统听诊器的探头对震动进行初步放大。信号采集完成后是比较微弱的电信
17、号并伴有其它杂音，因此我们需要对信号进行放大和滤波处理5。然后，为了符合峰峰值不超过1V的要求，需要进行增益自动控制。由于最终信号需要采集到单片机进行处理，所以，应该对信号进行电位抬高以便单片机AD转换10。22放大电路设计由集成运放构成的放大电路称为比例放大电路，因为输出信号是与输入信号成比例的。为了实现输出电压与输入电压的比例放大关系，运算放大电路中的集成运放应当工作在线性区，因而电路必须引入负反馈。为了稳定输出电压，均引入电压负反馈1。由此可见，运算电路是从集成运放的输出端到其反相输入端存在着反馈通路。由于集成运放具有优秀的指标参数，不管引入电压串联负反馈还是引入电压并联负反馈，都是深度
18、负反馈。因此电路是用反馈和输入实现数学运算的。当然，也包括了比例放大运算。虚短和虚断是分析运算放大电路的基本出发点。通常，在分析运算放大电路时候，将集成运放假设为理想运放，因而两个输入端净输入电压和净输入电流为零。在运算电路中，输入电压和输出电压都是相对于“地”而言的。在求运算关系时，我们多采用节点电流法，对于多输入电路，我们还可以采用叠加定律。11图1放大为正相放大，电路引入了电压串联负反馈，可以认为输入电阻为无穷大，输出电阻为零。根据“虚短”和“虚断”的概念，集成运放的净输入电压是零，UUUI5集成运放有共模输入电压。净输入电流也是零，从而3R2RII，即公式I23OVRR1V）（，本次实
19、验采用3倍放大，输入信号和输出信号为同相关系。这一级放大主要是将采集到的小信号进行放大，方便后续的滤波处理。根据公式如果信号放大倍数不够，可以讲R3增大或将R2减小。23滤波电路设计图2为压控电压源二阶低通滤波电路相对于普通的二阶滤波电路而言，电路中既引入了正反馈，也引入了负反馈。当信号频率很小时，C1容抗趋于无穷大，正反馈弱；当信号频率大师，C2容抗很小，U趋于零。当参数合理时，既能在FF0时电压放大倍数增大，又不会因为正反馈过强而产生自激震荡。通过“虚短”和“虚断”分析，可以得出传递函数2UPUA31SASASRCSRCSUP）（）（SJWRC21F0，则电压放大倍数0UP20UPUFFA
20、3JFF1AA）（）（只要参数选择合理，在FF0以后，信号迅速衰减。24自增益电路自增益电路是使放大电路的增益自动地随输入信号强度而调整的自动控制电路。用来实现这种功能的电路称为AGC环6。AGC环是闭环负反馈系统，可以分成放大电路和控制电压形成电路两部分。放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压是输出信号通过AGC检波器和低通平滑滤波器后形成的6。放大电路的输出信号经检波和低通滤波器滤除低频分量和噪声后，产生用来控制放大器增益的电压。当输入信号增大时，输出信号和放大器增益控制电压亦随之增大。放大器增益控制电压的增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号显著减小，达到自动增益控
21、制的目的。放大电路控制增益的方法有在各级放大器间插入电控衰减器。改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数。用可变电阻作放大器负载等7。AGC有两种控制6方式一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC，一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC。他们的区别在于正向AGC控制能力强，控制范围大；反向AGC控制范围也小。在本设计中，自增益控制电路用于控制放大器的输出范围，采用方法。利用场效应管门控电压来控制源漏两端的电阻。整体电路图如图3，本电路采用两级放大，第一级放大由集成运放和结型场效应管组成，输出端通过检波和低通滤波电路来达到整流目的。整流后的信号经
22、过放大器用来控制场效应管的电阻。241一级放大电路图4放大为正相放大，电路引入了电压串联负反馈可以认为输入电阻为无穷大，公式IDS2OVRR1V，U1ALM324AD321141U2BLM324AD321141R110K1R210KQ12N4117A3R3100K5R710K_LINKEYA60VCC5VVCCVEE5VVEEC2100NFR633K106R410K7R5100KD11N4148C1470NF240图3整体电路图U1ALM324AD321141R110KR210KQ12N4117AVCC5VVEE5V2103VCCVEE图4一级放大7其中R2阻值是不变的，RDS阻值是可变的，放
23、大器的放大倍数取决于RDS的大小，RDS是场效应管源极和漏极之间的电阻，受到栅极和源极两端电压的控制，从而达到增益自动控制的目的。242整流电路滤波是一种对信号进行处理的重要概念。经典滤波概念，是根据傅里叶分析和变换提出的概念。根据高等数学理论，任何一个信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是任何信号都是由不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做滤波电路2。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两类。若滤波电路元件仅由无源元件组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要
24、形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件组成，则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。无源滤波电路结构简单，易于设计，通带放大倍数及其截止频率随负载而变化，不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，滤波电路尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电路的组
25、成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。8根据滤波器的特点可知，它的幅频特性可以准确地描述该电路属于低通、高通、带通还是带阻滤波器，因而如果能定性分析出通带和阻带在哪一个频段，就可以确定滤波器的类型。识别滤波器的方法是若信号频率趋于零时对电压有放大作用，且信号频率趋于无穷大时电压放大倍数趋于零，是低通滤波器；反之，若信号频率趋于无穷大时对电压有放大作用，且信号频率趋于零时电压放大倍数趋于零，则为高通滤波器；若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数均趋于零，则为带通滤波器；反之，若信号频率趋于零和无穷大时都对电压有一定的放大作用，且在某一频率范围内电压放大倍数趋
26、于零，则为带阻滤波器9。图5电路采用半波整流电路然后通过一个集成运放，因此是有源滤波。二极管具有单向导通性，在信号负半轴输入，然后经过型整流电路，输出较为平滑的直流电压，然后通过运放放大信号用来控制场效应管的栅源极电压，达到控制电阻的目的。图5中C1不宜过大，如果太大，充电时间会很长，灵敏性降低；如果太小，滤波效果不好。需要在实践中不断调整。同样，增加R5阻值也会提高滤波效果，但是太大会将直流完全分压掉，控制信号会很小，不利于实验。243二级放大滤波后的直流电压经过放大器进行放大用来控制场效应管的栅源极电压，从而控制漏源极电阻，图6的放大倍数采用100。C2100NFR633KR5100KD1
27、1N4148C1470NF210图5整流电路9从上面的有源滤波介绍可以得知，二级放大和上面的滤波电路连起来构成了有源滤波电路。25元器件选择251集成运放选择本实验需要的运放较多，所以采用LM324四运放，同时LM324具有短路保护输出、工作电压范围宽和功耗低、价格低等优点。252场效应管的选择场效应警惕管能够实现比较高效的自增益控制，是利用场效应晶体管传输特性曲线可变电阻区的斜率来进行电阻控制。场效应管比双极晶体管控制范围要广。本实验采用N沟道场效应管3DJ6夹断电压UP25V。截止电压VGSOFF4V。饱和电流IDSS25MA。经过计算RDSUGS/ID0735K34K。253其它元件选择
28、滤波电路中采用47UF的电容，滤波效果比较好，在芯片电源处还需要10UF电解电容和01UF电容并联来进行去耦。26元件介绍在本设计中会用到许多元器件，元器件可以使电路的电器功能得以实现，通过元器件电路的电压或电流会有一定的改变，不同的元器件对于电压和电流的影响和改变都是不同的。通过这些元器件来实现不同的功能，搭配起来实现我们所需要的功能。261集成运放U2BLM324AD321141R3100KR410K2103图6二级放大10集成运算放大器，简称集成运放，具有高放大倍数的集成电路。与分立元件组成的放大电路相比，具有质量轻、体积小、工作可靠、功耗低、价格便宜而又安装方便等特点。它的内部是直接耦
29、合的多级放大器，集成运放电路可分为输入级、中间级、输出级三部分。如图7所示，输入级又称前置级，它是一个双输入的高性能差分放大电路。要求输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号能力强，采用差分放大电路能消除零点漂移和抑制干扰；中间级是整个放大电路的主要放大器，使集成运放具有较强的放大能力，一般采用共射放大电路，为了获得足够高的电压增益，一般采用复合管作放大电路，用恒流源作集电极负载，这样放大倍数在千倍以上；输出级需要输出电压线性范围宽、输出电阻小、非线性失真小。输出级一般采用互补对称功放电路，其输出电阻小，负载能力强1。集成运放有两个输入端同相输入端和反相输入端，所谓的“同相”和“反相”是指的集
30、成运放输入电压与输出电压之间的相位关系，符号如图8所示从图中的外部很容易看出，集成运放是双端输入、单端输出并且具有高的差模放大倍数、低的输出阻抗、高的输入阻抗并且能够较好的抑制温飘的差分放大电路。1集成运放的输出电压与输入电压UNUP之间的关系曲线称作电压传输特性曲线，对于正和负两路电源供电的集成运放，电压传输特性如图911我们可以从电压传输特性线上看出集成运放有线性放大区和饱和区两个部分。在线性区，曲线的斜率是电压放大倍数，而在非线性区，输出电压只有两种可能，不会随输入变化而发生改变。由于集成运放放大的是差模信号，且没有引入反馈，因此称其为差模开环放大倍数，记作AOD，因此当集成运放工作在线
31、性区时，UOAOD（UPUN）通常AOD很高，可以达到几十万倍，因而集成运放电压传输特性中的线性区域非常窄。集成运放广泛应用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性能低价，在很多情况下取代了分立元件放大电路。262电容电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量。电容的用途广，是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于滤波、信号耦合、隔直流、谐振等电路中。在电子线路中，电容用来通交流而隔直流，也用来充当滤波器存储和释放电荷，平滑输出脉动信号。通常在高频电路中使用小容量的电容，如收音机和振荡器中。往往是滤波和存储电荷时用大容量的电容。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容
32、多为瓷片电容，也有其他的，比如涤纶电容、独石电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正极和负极，它们的极性不能接错，而其他电容则没有极性。把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压，电容器储存了电荷。电容器极板间有了电压，积蓄了电能，这个过程称为电容器的充电。充电后的电容器两端有电压。电容器储存的电荷通过回路释放的过程，称为电容器的放电。电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作旁路、耦合、滤波等，都
33、是利用它通交流，隔直流的特性。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。12电容按照功能分为涤纶电容、聚苯乙烯电容、聚丙烯电容、云母电容、高频瓷介电容、低频瓷介电容、玻璃釉电容、铝电解电容、钽电解电容、空气介质可变电容器、薄膜介质可变电容器、薄膜介质微调电容器、陶瓷介质微调电容器、独石电容。实验室常用为以下几种聚丙烯电容，符号为CBB；电容量，1000P10；额定电压，632000V；主要特点，性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差；应用在代替大部分聚苯或云母电容。云母电容，符号为CY；电容量，10P01；额定电压，100V7KV；主要特点，高稳定性，高可靠性，温度系数小；应用在高频振荡，脉
34、冲等要求较高的电路。钽电解电容，符号为CA；电容量，011000；额定电压，63125V；主要特点损耗、漏电小于铝电解电容；应用在要求高的电路中代替铝电解电容。独石电容，容量范围在05PF1F；独石电容的电容量大、可靠性高、体积小，耐高温耐湿性好；耐压二倍额定电压；广泛应用于电子精密仪器、各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。钽、铌电容价格最贵，独石电容、CBB电容价格较便宜，瓷片电容价格最低，但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵，云母电容Q值较高，价格也稍贵。在实验过程中，合理选择电容器，能够提高实验的精度。263结型场效应管结型场效应管分为N沟道和P沟道两种类型。图10是他们的符号13本设计使
35、用N沟道场效应管。图11为N沟道结型场效应管结构示意图。图中，在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，所引出的电极称为栅极G，N型半导体的两端引出两个电极，一个称为源极S，另一个称为漏极D。P区和N区交界面形成耗尽层，源极和漏极的非耗尽层区域称为导电沟道。为了使N沟道结型场效应管能正常工作，在栅极源极之间应该加负向电压，保证耗尽层承受负向电压；在漏极源极之间加正向电压，形成漏极电流。UGSUGSUGS（OFF）时候，各曲线近似为一簇横轴的平行线，当UDS增大时，ID增大不明显。因而可以将ID近似看做电压UGS控制的电流源，故称该区域为恒流区。当UGSUGS（OFF）时候，
36、导电沟道被夹断，ID0，即图中靠近横轴的部分，称为夹断区。本设计要求N沟道结型场效应管工作在可变电阻区，利用它的栅极源极电压来控制源极漏极之间的电阻，达到自动增益控制的目的。153检测与调试31测试与调试内容本次测试与调试分为部分调试和整体调试，部分调试有放大电路放大调试、滤波电路滤波调试、自增益电路自增益调试和电位抬高电路调试。看看各个部分功能是否正常。总体调试是看总体波形是否正确。311放大电路放大调试利用波形发生器输入标准正弦波信号给放大电路输入端，放大电路和前级后级电路都要断开。用示波器观察输出波形，发现输出信号随着输入信号的增大而增大，总是输入信号的三倍左右，放大电路性能良好。如图1
37、3312滤波电路调试滤波电路调试时候，将信号发生器产生的幅值一定的正弦波信号输入滤波电路的输入端，改变其频率，观察输出波形的幅值，当输出波形的幅值为通带的0707倍时就是截止频率，经过测试低通截止频率的截止频率大约是1KHZ，高通由于频率太低，无法测试到05HZ，测试1HZ时处于通16带。滤波电路基本符合要求。313自增益电路调试输入标准正弦波观察输出波形，发现在输入40MV300MV时输出幅值基本保持不变，但是有微小失真，失真是由整流电路纹波引起，可以减小但是不可消除。314电位抬升电路同上检测原理，用示波器测量输出直流信号，发现有15V的直流量，电位抬升成功。315综合调试综合调试时，能够
38、保证信号峰峰值不超过1V。心音信号如图16174问题分析与解决方案41遇到的问题和解决方案411问题1实验初期，放大电路原理图如图17对于图中的放大电路，原理上来说没有问题，但是输入信号前面加上驻极体话筒语音采集，就会出现问题，问题便现在，当用示波器测量输出时，电压会由5V缓慢降低，但是达不到0V。另外，降落速度非常慢。经过分析，由于驻极体话筒要接10UF电容输出，这就导致了电容充电，但是由于集成运放输入电阻非常大，电容充电回路时间常数就很大，这就导致了电压降落缓慢。另外，由于电解电容有一定大小的漏电流，当用示波器测量时，由于示波器内阻很大，导致了漏电流虽小，却产生较大的电压。经过综合分析，改
39、进方案如图1，这样电容充电回路时间常数就很小，充电快速。同时由于，滑动变阻分流的原因，流入示波器的电流就会很小，从而电压很微小，忽略不计，由于有漏电压，经过放大电路，漏电压会变得更大，因此还可以在运放方向输入端的电阻和地之间接电容，只放大交流而不放大直流812。412问题2第二次制板后，接通电源，用标准正弦波通过电路，发现当输入信号达到一定的值后，输出信后会产生负半轴电压会达到2V不变。经过分析，导致这种现象的原因是因为，当负电压达到2V时，外界没有提供比2V高的基准电压，或者运放坏掉了。将两块集成运放换成新的芯片，接通电源，发现问题没有解决。用示波器观察输入的5V电压，18发现电压正常，接着
40、用示波器观察芯片负基准电压电压，发现电压不正常。继续用示波器沿着负电源到芯片负基准电压观察，终于在某一点前后发现电压不同，用焊锡焊好后，测量发现电压已经正常达到5V。然后让正弦信号通过电路，在输出端用示波器观察，问题解决。413问题3在用正弦信号测试时候发现，联级调试，发现当输入信号频率太低时输出信号不是非常标准的正弦信号，有一定的失真。逐级调试发现在放大滤波等电路输出信号不失真，问题出在自增益电路。经过示波器测量各个节点，发现整流后波形如图18（输入信号频率为40HZ）提高输入信号频率，发现整流后波形如图19（输入信号频率为200HZ）由于整流后电压信号用于控制场效应管的门级电压，而门级电压
41、又能够控制场效应管等效电阻，因此，利用图19的信号控制场效应管的失真比图18的信号失真要小。通过分析，整流电路的质量决定了自增益电路的好坏。而要改善整流效果，可以增加电容和电阻的值，如图5,470NF效果会比较好，但是反应速度会降低。既想要改善滤波效果，又想要最快的响应速度，这是不现实的。因此只能在保证响应速度的前提下尽量改善滤波效果，经过试验，470NF是比较理想的参数。这个失真是不可避免的，只能尽量改善。同时也可以通过替换场效应管来改善，实验过程中，尝试过2N4117和3DJ6两种场效应管，感觉3DJ6效果更好。414问题4最终调试时候，发现通过驻极体话筒，没有信号产生。检测后面电路，发现
42、没有任何问题。因19此问题出在驻极体话筒，检查话筒，发现两个引线端都与外壳相连，这就导致了驻极体话筒被短路，自然出不来信号。42总结在调试过程中会不可避免的因为某些原因使实验失败，在实验中要善于发现问题并找出产生问题的原因，最后给出解决方案并成功解决问题。这是考验我们发现问题并解决问题的能力。在本次实验中不可避免的遇到了许多问题，大部分问题得到了解决，但是有的问题是由于原理方案产生的误差，这种误差只能减小，并不能消除。20参考文献1华成英，童诗白，模拟电子技术基础（第四版）【M】，高等教育出版社2王昊，李昕，集成运放应用电路设计360例【M】，电子工业出版社3赵玲,李桥,邵庆余等正常与异常心音
43、比较研究【EB/OL】中国医学物理学杂志,20004JOHNCWOOD,ANDREWJBUDATIMEFREQUENCYTRANSFORMSANEWAPPROACHTOFIRSTHEARTSOUNDFREQUENCYDYNAMICS【J】IEEETRANSONBIOENGJULY1992,VOL395康华光，电子技术基础模拟部分（第五版）【M】，高等教育出版社6王永龙，基于自动增益控制的声信号处理电路，【J】仪表技术与传感器7袁孝康，自动增益控制与对数放大器【M】，国防工业出版社8德州仪器应用报告，有源滤波器设计【J】，文献编号SLOA0499德州仪器应用报告，对SALLYKEY滤波器的分析【J】，文献编号SLOA02410王毓银，数字电路逻辑设计（第二版）【M】，高等教育出版社11钱国飞集成运算放大器基本原理与应用【M】，上海交通大学出版社，199612ASINGLESUPPLYOPAMPCIRCUITCOLLECTION【J】，文献编号SLOA058
