新型单导心电图机的表头驱动电路
作者：刘 静
单位：青岛大学机电学院(266071)
关键词：心电图机；互补对称电路；阻尼电路
提要 介绍XD 提要 介绍XD-106单导心电图机中的速度反馈式直线描记系统的表头板驱动电路及阻尼电路。
A New Type of 1-Channel Electrocardiograph Drive Circuit
Liu Jing
Electrical and Mechanical College, Qingdao University
ABSTRACT This article introduces the driving circuit and damping circuit for the printing driver of the feedback printing system of the XD-106 1-channel electrocardiography.
, 百拇医药
KEY WORDS Electrocardiograph Bilateral driving circuit Damping circuit
心电图机是现代医学科学研究和临床诊断中使用非常广泛的一种精密电子医疗仪器，XD-106型单导心电图机是我们设计的新机型，已经通过了山东省医药管理局的鉴定。
现有的XD-104型单导心电图机采用速度反馈式直线描记系统，由于它的表头驱动电路设计不够合理，所以由该电路驱动的热笔常常上下移动范围不够80格(1格=1mm)，或单偏等现象。
1 实验
XD-106型单导心电图机采用线性电路中的互补对称电路作为表头驱动电路，如图1所示。
, http://www.100md.com
图1 表头驱动电路
1.1 互补对称电路
因为由人体摄取的心电信号小，而且很灵敏，所以在设计表头驱动电路时必须考虑周密，对电子元器件的选取更要有特殊的要求，例如：V12、V10采用B834大功率管，V6、V8采用D880大功率管，这两种管子功率大，散热效果好；V5、V13采用普通3DG6C管，V11、V13采用普通3CG3D管，这四组管子中每组必须经过三极管特性曲线的严格筛选和配对。否则，由控制板输进的心电信号进入表头驱动电路后，心电信号无法得到正常的线性放大，最终由热笔打印出的任一导联的ECG都会变形。
图1中采用了两组互补对称电路，由V5、V6和V12、V13分别复合成NPN和PNP型的管子。第一组互补对称电路主要由V1、V2、V5、V6、V12、V13元器件组成；同样，V7、V8和V10、V11分别复合成NPN和PNP型管子。第二组互补对称电路主要由V3、V4、V7、V8、V10、V11元器件组成，采用复合管可以提高输出功率。在两个互补对称电路的输出端K和L点间的负载RL，主要是由控制热笔温度的主、副线圈(MAIN、SUB)和阻尼电路组成。例如两组互补对称电路中，当输入信号Vi=0时，调整到K、L点电位Vk=0，VL=0；即在无输入信号时，没有电流流过负载RL。当电路输入信号时，就可使放大器输出在零点附近仍能基本上得到线性放大。为了减小和克服交越失真，在每组互补对称电路的两个复合管的基极间加上二极管V1、V2和V3、V4，以供给复合管一定的正偏压，使复合管在静态时都处于微导通状态，交越失真消除。
, http://www.100md.com
可变电阻RP1是控制灵敏度三个档次的关键性元件，调节RP1的大小，可以改变通道板输出的灵敏度方波信号，由热笔打印出的灵敏度如图2所示，它们是检测心电信号幅度的标准方波。
在V2、V13的输入端采用了四运放N1中的一个放大器，交流信号由四运放N1的3脚输入，1、2、3脚构成同相放大器，在1、2两脚间由R7反馈电阻相连，使放大器工作稳定。同样另一组运放由12、13、14脚组成，12脚的输入信号有两路，一路是由控制热笔移动范围(允许在80mm方格内)的可变电阻RP4来的信号，另一路是阻尼控制线路来的反馈信号，当RP4的两端直接加上±12V的电源时，调节RP4的阻值，其上的电流经过R9输入到N1的12脚，由12、13、14脚进行同相放大，在13、14脚间加上反馈电阻R8使放大器稳定的工作。当无ECG输入时，调节RP4的阻值，热笔可在工作的范围内上下移动。当有ECG输入时，将RP4调到一定大小，可控制热笔纵向移动，由热笔打印出正常的心电信号。
, 百拇医药
图2 灵敏度方波
互补对称线路中的±Ec和R3、R4的电阻值选值非常重要，直接影响着整个机器的性能及打印的指标，这三个值中只要有一个选值不合理，就会出现如下两种故障：
(1) 表头热笔移动范围小于80格；
(2) 一端超出方格，另一端在方格之内；而正常的热笔移动幅度应在方格的两边界稍出去点。
±Ec的取值受该机中电源板DC-DC的限制，在满足电源板DC-DC的线路下，逐渐取值，进行单板试验，整机进行详细心电图机具体性能及指标的无数次检测，得出正负电源的绝对值必须相等，否则经过线性放大的心电信号最后输出会变形。在各项指标均符合卫生部标准的前提下，试验出±Ec的电压取值范围应在+Ec(+12.5V—+11.5V)；-Ec(-12.5V—-11.5V)范围内为好。
, http://www.100md.com
如果R3R4取值>1.5kΩ—10kΩ，互补对称电路输出值通过热笔的主线圈(MAIN)的反馈回路后，再进入V13的输入端，最后热笔移动的范围不够。试验中必须对它的值进行分级试验，在满足各项心电图技术指标的前提下，R3.R4选用了金属膜1k的电阻。
1.2 阻尼电路
阻尼是心电图机中一个非常重要的指标，阻尼过大或过小，通过1mV方波定标直接反应出。由人体摄取的心电信号共12导联的波形输出也会失真，每个心电波形中的R.S.T波的波幅不在正常的范围内，失真的波形会使医生作出错误的诊断，危及人的生命。所以如何设计阻尼电路和如何选择控制阻尼的可变电阻，是非常关键的。RP2是控制阻尼大小的最关键性元件，它与控制热笔的线圈和运放组成互补对称线路的负载。当调节RP2的大小时，变化的信号进入N1的10脚，由8、9、10脚进行同相放大。8、9两点间由反馈电阻R26相连，使放大器稳定的工作。然后信号由N1的8点输出的信号经R24继续反馈到N2的5脚，6、7两点相连，所以5、6、7脚组成电压跟随器，提高输入阻抗，由于输出阻抗很低，所以V7=V5，减小了负载变动对放大倍数的影响。
, 百拇医药
2 结 论
XD-106型单导心电图机的设计解决了XD-104型单导心电图机存在的表头常出现单偏，热笔上下移动范围不够，阻尼电路不够理想等欠缺，该机通过产品鉴定后，已经批量生产并销售到全国大中小医院，受到用户的好评。
参 考 文 献
1 单导心电图机卫生部标准WS2-233-82.
2 心电图机专用安全要求GB10793-89.
3 康华光等.电子技术基础.高等教育出版社，1988., 百拇医药
单位：青岛大学机电学院(266071)
关键词：心电图机；互补对称电路；阻尼电路
提要 介绍XD 提要 介绍XD-106单导心电图机中的速度反馈式直线描记系统的表头板驱动电路及阻尼电路。
A New Type of 1-Channel Electrocardiograph Drive Circuit
Liu Jing
Electrical and Mechanical College, Qingdao University
ABSTRACT This article introduces the driving circuit and damping circuit for the printing driver of the feedback printing system of the XD-106 1-channel electrocardiography.
, 百拇医药
KEY WORDS Electrocardiograph Bilateral driving circuit Damping circuit
心电图机是现代医学科学研究和临床诊断中使用非常广泛的一种精密电子医疗仪器，XD-106型单导心电图机是我们设计的新机型，已经通过了山东省医药管理局的鉴定。
现有的XD-104型单导心电图机采用速度反馈式直线描记系统，由于它的表头驱动电路设计不够合理，所以由该电路驱动的热笔常常上下移动范围不够80格(1格=1mm)，或单偏等现象。
1 实验
XD-106型单导心电图机采用线性电路中的互补对称电路作为表头驱动电路，如图1所示。
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图1 表头驱动电路
1.1 互补对称电路
因为由人体摄取的心电信号小，而且很灵敏，所以在设计表头驱动电路时必须考虑周密，对电子元器件的选取更要有特殊的要求，例如：V12、V10采用B834大功率管，V6、V8采用D880大功率管，这两种管子功率大，散热效果好；V5、V13采用普通3DG6C管，V11、V13采用普通3CG3D管，这四组管子中每组必须经过三极管特性曲线的严格筛选和配对。否则，由控制板输进的心电信号进入表头驱动电路后，心电信号无法得到正常的线性放大，最终由热笔打印出的任一导联的ECG都会变形。
图1中采用了两组互补对称电路，由V5、V6和V12、V13分别复合成NPN和PNP型的管子。第一组互补对称电路主要由V1、V2、V5、V6、V12、V13元器件组成；同样，V7、V8和V10、V11分别复合成NPN和PNP型管子。第二组互补对称电路主要由V3、V4、V7、V8、V10、V11元器件组成，采用复合管可以提高输出功率。在两个互补对称电路的输出端K和L点间的负载RL，主要是由控制热笔温度的主、副线圈(MAIN、SUB)和阻尼电路组成。例如两组互补对称电路中，当输入信号Vi=0时，调整到K、L点电位Vk=0，VL=0；即在无输入信号时，没有电流流过负载RL。当电路输入信号时，就可使放大器输出在零点附近仍能基本上得到线性放大。为了减小和克服交越失真，在每组互补对称电路的两个复合管的基极间加上二极管V1、V2和V3、V4，以供给复合管一定的正偏压，使复合管在静态时都处于微导通状态，交越失真消除。
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可变电阻RP1是控制灵敏度三个档次的关键性元件，调节RP1的大小，可以改变通道板输出的灵敏度方波信号，由热笔打印出的灵敏度如图2所示，它们是检测心电信号幅度的标准方波。
在V2、V13的输入端采用了四运放N1中的一个放大器，交流信号由四运放N1的3脚输入，1、2、3脚构成同相放大器，在1、2两脚间由R7反馈电阻相连，使放大器工作稳定。同样另一组运放由12、13、14脚组成，12脚的输入信号有两路，一路是由控制热笔移动范围(允许在80mm方格内)的可变电阻RP4来的信号，另一路是阻尼控制线路来的反馈信号，当RP4的两端直接加上±12V的电源时，调节RP4的阻值，其上的电流经过R9输入到N1的12脚，由12、13、14脚进行同相放大，在13、14脚间加上反馈电阻R8使放大器稳定的工作。当无ECG输入时，调节RP4的阻值，热笔可在工作的范围内上下移动。当有ECG输入时，将RP4调到一定大小，可控制热笔纵向移动，由热笔打印出正常的心电信号。
, 百拇医药
图2 灵敏度方波
互补对称线路中的±Ec和R3、R4的电阻值选值非常重要，直接影响着整个机器的性能及打印的指标，这三个值中只要有一个选值不合理，就会出现如下两种故障：
(1) 表头热笔移动范围小于80格；
(2) 一端超出方格，另一端在方格之内；而正常的热笔移动幅度应在方格的两边界稍出去点。
±Ec的取值受该机中电源板DC-DC的限制，在满足电源板DC-DC的线路下，逐渐取值，进行单板试验，整机进行详细心电图机具体性能及指标的无数次检测，得出正负电源的绝对值必须相等，否则经过线性放大的心电信号最后输出会变形。在各项指标均符合卫生部标准的前提下，试验出±Ec的电压取值范围应在+Ec(+12.5V—+11.5V)；-Ec(-12.5V—-11.5V)范围内为好。
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如果R3R4取值>1.5kΩ—10kΩ，互补对称电路输出值通过热笔的主线圈(MAIN)的反馈回路后，再进入V13的输入端，最后热笔移动的范围不够。试验中必须对它的值进行分级试验，在满足各项心电图技术指标的前提下，R3.R4选用了金属膜1k的电阻。
1.2 阻尼电路
阻尼是心电图机中一个非常重要的指标，阻尼过大或过小，通过1mV方波定标直接反应出。由人体摄取的心电信号共12导联的波形输出也会失真，每个心电波形中的R.S.T波的波幅不在正常的范围内，失真的波形会使医生作出错误的诊断，危及人的生命。所以如何设计阻尼电路和如何选择控制阻尼的可变电阻，是非常关键的。RP2是控制阻尼大小的最关键性元件，它与控制热笔的线圈和运放组成互补对称线路的负载。当调节RP2的大小时，变化的信号进入N1的10脚，由8、9、10脚进行同相放大。8、9两点间由反馈电阻R26相连，使放大器稳定的工作。然后信号由N1的8点输出的信号经R24继续反馈到N2的5脚，6、7两点相连，所以5、6、7脚组成电压跟随器，提高输入阻抗，由于输出阻抗很低，所以V7=V5，减小了负载变动对放大倍数的影响。
, 百拇医药
2 结 论
XD-106型单导心电图机的设计解决了XD-104型单导心电图机存在的表头常出现单偏，热笔上下移动范围不够，阻尼电路不够理想等欠缺，该机通过产品鉴定后，已经批量生产并销售到全国大中小医院，受到用户的好评。
参 考 文 献
1 单导心电图机卫生部标准WS2-233-82.
2 心电图机专用安全要求GB10793-89.
3 康华光等.电子技术基础.高等教育出版社，1988., 百拇医药