单元电路设计

1．光发射与接收电路采用GaAs红外发光二极管作为光源时，可基本抑制由呼吸运动造成的脉搏波曲线的漂移。光发射与接收电路如图8-35历示，红外发光二极管的压降一般为1.5～2.OV，其工作电流一般取10～20mA为宜，所以理论上应该选取R18=150Q。但实际上，发现这个电阻偏大，导致通过红外发光二极管的电流偏小，光敏二极管无法区别有脉搏和无脉搏时的信号。当然，也不能太小，否则通过的电流偏大，光敏二极管也不能准确地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。

根据实验的测试，选择了50Q的电阻，此时能够比较好的得到初始脉搏波信号。

光敏二极管在没有红外照射情况下，其暗电流不超过3pA;在红外照射情况下，大于ImA，一般为10～20mA。因发光电路串联电阻较小，所以认为光敏电阻中电流会比较大，所以电路中串联17.8kQ的电阻，能满足电路要求。

为剔除环境杂散光、暗电流等各种干扰影响，可采取如图8-36所示的电路。

在输入部分放了一个稳压管从而提供稳定电压，使发光二极管能得到较稳定的电流。常用稳压二极管参数如表8-4所示。

以1N4678为稳压器件，在U1=3V的情况下，为得到1.8V的稳压输出，则需要串联R2=300Ω。又因为一般发光二极管工作电流为20mA左右，所以/=1.8/R1，计算出风=900Ω。

光电二极管输出短路电流与输出光强有良好的线性关系。反馈电路为一个一阶低通滤波器，在放大的同时可以进行滤波，能有效地抑制工频干扰。光电信号转换电路也可采用光电池来完成，光电池型号是2DU-34，经测量光电流在普通台灯照射下只能达到O.lUA左右。

2DU-34型光电池的性能参数如表8-5所示。设计成带RC回路的形式，可以提高电路的可靠性。因为在光电脉搏测量中，脉搏所引起的光电流就更小，所以运放本身的偏置电流会对电路产生一定影响。电路如图8-37所示。

电路中的输入电阻Zl。=R/A (A为运放的开环增益)，本电路中取R=22kQ，C=0.8yF，故输入电阻为2.2Q。可认为光电池处于短路工作状态，能得到近于理想的短路电流，所以有Uo=IR。户—L，一阶低通滤波器的截止频率为9Hz。

“ )7LRC2．一阶反相放大电路一阶反相放大电路如图8·38所示。选择R3=22kQ，R4=500kQ，放大倍数仔=—R4／3_一22.7。

C3用来隔直；C4用来防止放大器自激并起到低通作用，为了不影响有用信号又能滤掉50Hz干扰，C。的容量不能太大也不能太小，取C4=0.01心，截止频率为31Hz。

用信号源输入20mv咆压，并改变输入信号频率进行观察，测得的数据如表8-6所示。

根据观察可得，在脉搏信号强的部分如SHz时放大22倍，且截止频率在30Hz左右，与设计吻合。

3．二阶低通放大电路按人体脉搏在最高跳动次数240次／min计算，据归一化法设计低通放大器，如图8-39所示。截止频率由R6、C5、R7和C6决定，放大倍数由R7和Rs的比值决定，R8用来减小输入阻抗不平衡的影响。

二阶低通滤波器的传递函数为尼 1Uo (S) Rs R6R，C5C6‰(S)S2言》R+R7蒜C R6 B， 乏 C6放大倍数胙一R7：一22.70 0.707倍零频增益高频截止频率为后：14Hz。低频特性满足条Rs件，不影响有用信号。

用信号源输入224mV电压，并不断改变输入信号频率观察输出，测得的数据如表8-7所示。

由表8-7可知截止频率在10Hz左右，且在50Hz时输出只有SHz（脉搏信号较强时）时的1/10左右，可见滤波效果较好。

整体电路如图8-40所示。

测得脉搏波信号波形如图8-41所示。

由图8-41可见每一个检测波形有两个起伏，符合脉搏波形特点，但是因为这样的波形可能会出现第一个小波谷，在施密特触发器的阈电压3.3V之下，这样一个脉搏波将可能产生两个脉冲，从而导致多计一次数。为了实现理想计数，需要设计脉冲整形电路，并调整好阈电压值。脉冲整形由集成芯片CD40106.html" target="_blank" title="CD40106">CD40106完成，整形之后的脉冲信号如图8-42所示。