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【摘 要】 本文结合笔者多年的工作经验，主要对差动放大电路在心电图机中的应用进行了探讨，可供大家参考交流。
【关键词】 差动放大电路;心电图机
1 引言
心脏是人体血液循环的动力装置。由于心脏不断地进行着有节奏的收缩和舒张活动，血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏搏动之前，心肌首先发生激动，在激动的过程中产生心肌细胞除极与复极的电偶作用，即产生了微弱的心动电流。这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部位组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现的电位也不同。这种生物电变化对正常心脏来说，其方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图形。医生根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系，再与正常心电图相比较，便能诊断出心脏疾病。诸如心电节律不齐、心肌梗塞、期前收缩、高血压、心脏异味搏动等。
心电图机就是用来描记心肌细胞活动时所产生的生理电信号的仪器。心电图对诊断心血管方面的疾病具有重要意义。由于其诊断技术成熟、可靠，操作简便，对病人无损伤，价格适中等优点，故在临床上得到广泛应用，已成为最普及的医用电子仪器之一。
因心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰，因此，为了把干扰信号抑制掉，心电图机要求电路具备低噪声、高共模抑制比、良好的传输特性和足够的频响范围等特点，而采用差动放大电路，可以进一步提高差动放大器的抑制共模信號的能力，进而保证人身安全和测量的准确。本文将讨论差动放大电路在心电图机中的应用。
2 差动放大电路的概念
差动放大电路又叫差分电路，它不仅能有效地放大交流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
在心电图机中，经过导联选择后的心电信号首先送入差分放大电路进行放大。所以，差分放大电路的目的，一是为了获得较高的共模抑制比，二是对心电信号进行放大。
3 心电图机的主要结构
一般心电图机主要由导联输入部分、前置放大器、电压放大器（又称中间放大器）、功率放大器等构成。其中，前置放大器是心电图机的核心，其作用是把输入电路来的微弱的（变化缓慢的）心电信号加以放大，同时又要有足够的抑制各种干扰信号的能力，所以，目前的心电图机几乎都采用高输入电阻、低噪声、高共模抑制比的差动放大电路。
心电图机对前置放大器的要求主要有：
3.1高输入阻抗
由于各电极与皮肤间的接触电阻有不同而使输入到前置放大器的信号源内阻也有变化，而且信号源的内阻本身也比较高，所以就要求前置放大器具有高输入电阻，否则所测信号就会产生极大的误差，同时也降低了抗干扰能力。
3.2高抗干扰能力
因心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰，尤其是市电50Hz交流电的干扰，因为它的频率在心电图机放大器的频率范围之内，因此，前置放大器必须具有抗干扰能力，才能把干扰信号抑制掉。
3.3低零点漂移
前置放大器的零点漂移主要由温度引起，而且对整机影响量大，因为这种漂移经中间级，功率级放大后漂移也被放大，因此要求前置放大器因温度而引起的零点漂移越小越好。
3.4低噪声
由于前置放大器为心电放大的第一级，而输入的心电信号又十分微弱，这就要求前置放大器本身噪声比心电信号更微弱，才能把心电信号检测出来，否则描记的心电信号可能被噪声所淹没。
4 共模抑制比
心电图机的质量如何是由很多技术指标决定的，这些技术指标包括：共模抑制比、频率响应、时间常数、灵敏度、走纸速度、线性度、阻尼、电安全性能等等。由于心电图机的电路应具备低噪声、高共模抑制比、良好的传输特性和足够的频响范围等特点，所以共模抑制比是一个很重要的技术指标。
因为人体的心电信号是很微弱的，只有几个毫伏，而交流电磁干扰信号要比心电信号大几个数量级，但交流干扰信号对于放大器来说是共模信号，所以，共模抑制比就是放大器对差模信号的放大增益与对共模信号的放大增益之比，记作CMRR。共模抑制比越高，表示电路对称性越好，对共模交流干扰的抑制能力越强，才能更有效地消除交流干扰，保证心电图波形的清晰描记。
5 差动放大电路在心电图机中的应用
心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰（共模信号），尤其是市电50Hz交流电的干扰，因为它的频率在心电图机放大器的频率范围之内，因此，前置放大器必须具有抗干扰能力，才能把干扰信号（共模信号）抑制掉，前置放大器采用场效应管差动放大电路。人体从导联传来给前置放大电路的信号时差模信号（心电信号）。四个导联连接人体左脚、右脚、左手、右手（如图1所示）。左（右）手导联输出信号为负极，左脚导联输出信号为正极，右脚导联相当于接地极，这样avF是差模信号（心电信号）。各种电磁波、市电50Hz交流电信号为干扰信号（共模信号）。
差动放大电路（如图2所示），具有抑制共模信号（干扰信号），放大差模信号（人体心电信号）的作用，所以广泛应用在心电图机中。
由于人体的心电信号很微弱，所以心电图机的输入阻抗要求较高，这样就可以减少本身就很弱的心电信号（差模信号）的损失。场效应管差动放大电路可以满足这一要求。
在电路对称的情况下，温度或其他因素在两管漏极引起的漂移大体相同，因此，当电路由两个漏极之间输出时，漂移信号互相抵消。对于各种共模信号（干扰信号），电阻R4起共模负反馈作用，在两管的每个漏极端呈现的共模信号（干扰信号）都被大大削弱了。若在两管漏极之间输出时，共模信号（干扰信号）在输出端，又是互相抵消的。当电路为理想的对称情况时，两漏极间的共模信号（干扰信号）为零，共模抑制比为无穷大。
采用场效应管的差动放大电路对差模信号（人体心电信号）的增益时，由于在差模信号（人体心电信号）的作用下，R4两端的电压可以认为不变，因而R4对差模信号（人体心电信号）来说，可以认为短路。差动放大电路对差模信号（人体心电信号）的电压增益就与加有反馈电阻R3的场效应管单管放大电路相同。
【关键词】 差动放大电路;心电图机
1 引言
心脏是人体血液循环的动力装置。由于心脏不断地进行着有节奏的收缩和舒张活动，血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏搏动之前，心肌首先发生激动，在激动的过程中产生心肌细胞除极与复极的电偶作用，即产生了微弱的心动电流。这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部位组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现的电位也不同。这种生物电变化对正常心脏来说，其方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图形。医生根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系，再与正常心电图相比较，便能诊断出心脏疾病。诸如心电节律不齐、心肌梗塞、期前收缩、高血压、心脏异味搏动等。
心电图机就是用来描记心肌细胞活动时所产生的生理电信号的仪器。心电图对诊断心血管方面的疾病具有重要意义。由于其诊断技术成熟、可靠，操作简便，对病人无损伤，价格适中等优点，故在临床上得到广泛应用，已成为最普及的医用电子仪器之一。
因心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰，因此，为了把干扰信号抑制掉，心电图机要求电路具备低噪声、高共模抑制比、良好的传输特性和足够的频响范围等特点，而采用差动放大电路，可以进一步提高差动放大器的抑制共模信號的能力，进而保证人身安全和测量的准确。本文将讨论差动放大电路在心电图机中的应用。
2 差动放大电路的概念
差动放大电路又叫差分电路，它不仅能有效地放大交流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
在心电图机中，经过导联选择后的心电信号首先送入差分放大电路进行放大。所以，差分放大电路的目的，一是为了获得较高的共模抑制比，二是对心电信号进行放大。
3 心电图机的主要结构
一般心电图机主要由导联输入部分、前置放大器、电压放大器（又称中间放大器）、功率放大器等构成。其中，前置放大器是心电图机的核心，其作用是把输入电路来的微弱的（变化缓慢的）心电信号加以放大，同时又要有足够的抑制各种干扰信号的能力，所以，目前的心电图机几乎都采用高输入电阻、低噪声、高共模抑制比的差动放大电路。
心电图机对前置放大器的要求主要有：
3.1高输入阻抗
由于各电极与皮肤间的接触电阻有不同而使输入到前置放大器的信号源内阻也有变化，而且信号源的内阻本身也比较高，所以就要求前置放大器具有高输入电阻，否则所测信号就会产生极大的误差，同时也降低了抗干扰能力。
3.2高抗干扰能力
因心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰，尤其是市电50Hz交流电的干扰，因为它的频率在心电图机放大器的频率范围之内，因此，前置放大器必须具有抗干扰能力，才能把干扰信号抑制掉。
3.3低零点漂移
前置放大器的零点漂移主要由温度引起，而且对整机影响量大，因为这种漂移经中间级，功率级放大后漂移也被放大，因此要求前置放大器因温度而引起的零点漂移越小越好。
3.4低噪声
由于前置放大器为心电放大的第一级，而输入的心电信号又十分微弱，这就要求前置放大器本身噪声比心电信号更微弱，才能把心电信号检测出来，否则描记的心电信号可能被噪声所淹没。
4 共模抑制比
心电图机的质量如何是由很多技术指标决定的，这些技术指标包括：共模抑制比、频率响应、时间常数、灵敏度、走纸速度、线性度、阻尼、电安全性能等等。由于心电图机的电路应具备低噪声、高共模抑制比、良好的传输特性和足够的频响范围等特点，所以共模抑制比是一个很重要的技术指标。
因为人体的心电信号是很微弱的，只有几个毫伏，而交流电磁干扰信号要比心电信号大几个数量级，但交流干扰信号对于放大器来说是共模信号，所以，共模抑制比就是放大器对差模信号的放大增益与对共模信号的放大增益之比，记作CMRR。共模抑制比越高，表示电路对称性越好，对共模交流干扰的抑制能力越强，才能更有效地消除交流干扰，保证心电图波形的清晰描记。
5 差动放大电路在心电图机中的应用
心电图机是一个高灵敏度、高输入阻抗的放大装置，容易受到机外各种电磁信号的干扰（共模信号），尤其是市电50Hz交流电的干扰，因为它的频率在心电图机放大器的频率范围之内，因此，前置放大器必须具有抗干扰能力，才能把干扰信号（共模信号）抑制掉，前置放大器采用场效应管差动放大电路。人体从导联传来给前置放大电路的信号时差模信号（心电信号）。四个导联连接人体左脚、右脚、左手、右手（如图1所示）。左（右）手导联输出信号为负极，左脚导联输出信号为正极，右脚导联相当于接地极，这样avF是差模信号（心电信号）。各种电磁波、市电50Hz交流电信号为干扰信号（共模信号）。
差动放大电路（如图2所示），具有抑制共模信号（干扰信号），放大差模信号（人体心电信号）的作用，所以广泛应用在心电图机中。
由于人体的心电信号很微弱，所以心电图机的输入阻抗要求较高，这样就可以减少本身就很弱的心电信号（差模信号）的损失。场效应管差动放大电路可以满足这一要求。
在电路对称的情况下，温度或其他因素在两管漏极引起的漂移大体相同，因此，当电路由两个漏极之间输出时，漂移信号互相抵消。对于各种共模信号（干扰信号），电阻R4起共模负反馈作用，在两管的每个漏极端呈现的共模信号（干扰信号）都被大大削弱了。若在两管漏极之间输出时，共模信号（干扰信号）在输出端，又是互相抵消的。当电路为理想的对称情况时，两漏极间的共模信号（干扰信号）为零，共模抑制比为无穷大。
采用场效应管的差动放大电路对差模信号（人体心电信号）的增益时，由于在差模信号（人体心电信号）的作用下，R4两端的电压可以认为不变，因而R4对差模信号（人体心电信号）来说，可以认为短路。差动放大电路对差模信号（人体心电信号）的电压增益就与加有反馈电阻R3的场效应管单管放大电路相同。