现代医学电子仪器原理与设计是生物医学工程、医疗器械工程、康复工程等专业的核心课程，学生既要掌握医学电子仪器原理，还要能将原理与实际应用相结合。本书通过设计体温、心电、呼吸、血氧、血压等参数测量系统，帮助读者构建关于现代医学电子仪器原理与设计较完整的知识体系。本书基于LY-E501医学电子学开发套件，以体温、心电、呼吸、血氧、血压测量电路设计为主线，按照原理电路分析、仿真验证和实际电路测量的顺序递进式地讲解。本书还详细介绍了电路设计中使用的基本元器件、基本功能电路、基本仪器仪表，以及Multisim等软件的安装与使用。本书中涉及的所有电路均通过实测验证。本书内容翔实、图文并茂、思路清晰，有助于读者快速掌握现代医学电子仪器设计的各项必备技能。本书既可作为高等院校相关专业的教材，也可供从事医学电子仪器设计与开发的工程技术人员参考。
前 言
本书是南方医科大学生物医学工程学院主持编写的《现代医学电子仪器原理与设计》（第4版）配套的实验教程。现代医学电子仪器原理与设计是生物医学工程、医疗器械工程、康复工程等专业的核心课程，培养目标要求学生既要掌握医学电子仪器原理，又要能将这些原理与实际应用相结合，提高动手能力和解决实际问题的能力。本书通过常见的体温、心电、呼吸、血氧、血压等参数测量系统的设计实验，详细介绍仪器原理电路的分析、电路参数的计算，以及电路仿真、实际电路的测试分析等，以帮助读者建立对常见医学电子仪器原理及设计、制作与调试的较为系统的认知。
全书共9章：第1章主要介绍医学电子仪器电路设计中基本元器件的选择原则，包括电阻、电容、电感、二极管、晶体三极管、 MOS晶体管和运算放大器的选型参数和用途；第2章主要介绍医学电子仪器设计中的基本电路，包括电源电路、运算放大器电路、滤波电路、右腿驱动电路、检波电路等；第3章主要介绍仪器电路测量调试中常用的基本仪器仪表的使用，包括万用表和示波器；第4章主要介绍Multisim仿真软件和LY-E501医学信号采集软件的安装和使用；第5～9章分别介绍体温、心电、呼吸、血氧、血压的测量系统设计，包括测量原理、电路设计、电路仿真和实测分析。
本书的学习可以分为三个阶段。第一阶段：通过五大参数测量系统的设计，对测量系统原理电路分析、仿真验证和电路实测过程有一个比较深刻的认识，使学生掌握医学电子仪器设计的基本流程。第二阶段：通过完成各章中的系列实验，对电路原理设计和电路性能参数设计有一个比较深刻的认识，使学生掌握医学电子仪器电路系统设计的基本方法。第三阶段：通过自行设计带有单片机的五大参数测量系统和调整关键参数，提升测量精度和系统性能，使学生具备智能医学电子仪器系统设计及调试的基本技能。第一阶段和第二阶段属于必做环节，第三阶段属于选做环节。
本书具有以下特点。
1．“本章任务”由若干实验组成，让读者通过实验巩固本章的知识点；“本章习题”围绕对应章节的知识点，用于检验读者是否掌握书中的知识点。
2．以体温、心电、呼吸、血氧、血压测量电路的设计为目标，按照理论分析、仿真验证和电路实测的顺序进行递进式介绍，读者可以通过具体实验将理论和实践紧密结合起来。
3．重点介绍体温、心电、呼吸、血氧、血压测量电路涉及的知识点，未涉及的基本不予讲解，读者可以快速掌握常见医学电子仪器基本电路的知识点。
4．配有完整的资料，包括体温、心电、呼吸、血氧、血压测量电路的原理图、仿真文件、配套软件及其驱动文件，还包括配套的PPT讲义、视频等，这些资料会持续更新，下载链接通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。
余学飞和陈昕对本书的编写思路和大纲进行了总体策划，指导全书的编写，对全书进行统稿，并参与了部分章节的编写；董磊、张宁、李洪波协助完成统稿工作，并参与了部分章节的编写；许庆、彭芷晴、覃进宇、郭文波参与了本书部分内容的编写和实验项目的验证。本书得到了南方医科大学生物医学工程学院、深圳大学生物医学工程学院和广东药科大学医药信息工程学院的大力支持；本书涉及的实验基于深圳市乐育科技有限公司的LY-E501型医学电子学开发平台，该公司提供了充分的技术支持；本书的出版还得到了电子工业出版社的鼎力支持，张小乐编辑为本书的顺利出版做了大量的工作，在此一并致以衷心的感谢！
第1章 基本元器件 1
1．1 电阻 1
1．1．1 电阻选型参数 1
1．1．2 电阻的用途 2
1．2 电容 4
1．2．1 电容选型参数 4
1．2．2 电容的用途 4
1．3 电感 6
1．3．1 电感选型参数 6
1．3．2 电感的用途 6
1．4 二极管 7
1．4．1 二极管选型参数 7
1．4．2 二极管的用途 8
1．5 晶体三极管 10
1．5．1 晶体三极管选型参数 10
1．5．2 晶体三极管的用途 11
1．6 MOS晶体管 12
1．6．1 MOS晶体管选型参数 12
1．6．2 MOS晶体管的用途 13
1．7 运算放大器 13
1．7．1 运算放大器选型参数 13
1．7．2 运算放大器的用途 14
本章任务 14
本章习题 14
第2章 基本电路 15
2．1 电源电路 15
2．1．1 7．5V转5V电路 15
2．1．2 5V转3．3V电路 15
2．1．3 VIN转7．5V电路 16
2．1．4 5V转-5V电路 16
2．1．5 5V转2．5V电路 17
2．2 运算放大器电路 18
2．2．1 反相比例运算电路 18
2．2．2 同相比例运算电路 19
2．2．3 差分比例运算电路 20
2．2．4 运放跟随器电路 22
2．2．5 施密特触发器电路 22
2．2．6 仪器仪表放大电路 23
2．2．7 基准电压电路 24
2．3 滤波电路 24
2．3．1 无源高通滤波电路 24
2．3．2 无源低通滤波电路 24
2．3．3 有源一阶低通滤波电路 25
2．4 右腿驱动电路 25
2．5 检波电路 26
本章任务 26
本章习题 26
第3章 基本仪器仪表 27
3．1 万用表 27
3．1．1 直流电压测量 27
3．1．2 通断测试 27
3．2 示波器 28
本章任务 31
本章习题 31
第4章 软件安装与使用 32
4．1 Multisim 14．0的安装 32
4．1．1 Multisim 14．0安装过程 32
4．1．2 Multisim 14．0配置 33
4．2 Microsoft ．NET Framework 4．5．2的
安装 33
4．3 蓝牙驱动程序的安装 34
4．4 LY-E501医学信号采集软件操作 35
本章任务 39
本章习题 39
第5章 体温测量电路设计实验 40
5．1 实验内容 40
5．2 体温测量原理 40
5．2．1 热敏电阻 41
5．2．2 体温探头 41
5．2．3 温度特性曲线 41
5．3 体温测量电路设计 41
5．3．1 体温测量电路设计思路 41
5．3．2 电源电路 42
5．3．3 体温通道选择电路 42
5．3．4 运放跟随器电路 44
5．3．5 体温信号处理电路 44
5．3．6 探头连接检测电路 46
5．4 体温测量电路仿真 47
5．4．1 NMOS晶体管控制电路仿真 47
5．4．2 钳位二极管电路仿真 48
5．4．3 同相比例运算电路仿真 49
5．4．4 施密特触发器电路仿真 49
5．5 体温测量实测分析 50
5．5．1 电源电路实测分析 50
5．5．2 探头接入检测 50
5．5．3 体温系数计算 51
5．5．4 体温信号处理电路实测分析 51
5．6 LY-E501医学信号采集软件
（体温模块） 52
本章任务 56
本章习题 56
第6章 心电测量电路设计实验 57
6．1 实验内容 57
6．2 心电测量原理 57
6．2．1 心电信号特点 57
6．2．2 心电放大器要求 58
6．2．3 心电图 59
6．2．4 心电图导联 60
6．3 心电测量电路设计 61
6．3．1 心电测量电路设计思路 61
6．3．2 电源电路 62
6．3．3 无源低通滤波电路 62
6．3．4 运放跟随器电路 62
6．3．5 仪器仪表放大电路 62
6．3．6 信号放大滤波电路 63
6．3．7 右腿驱动电路 65
6．3．8 导联脱落检测电路 66
6．4 心电测量电路仿真 66
6．4．1 无源低通滤波电路仿真 66
6．4．2 运放跟随器电路仿真 67
6．4．3 仪器仪表放大电路仿真 68
6．4．4 信号放大滤波电路仿真 71
6．4．5 导联脱落检测电路仿真 74
6．5 心电测量实测分析 75
6．5．1 电源电路实测分析 75
6．5．2 无源低通滤波电路实测分析 75
6．5．3 运放跟随器电路实测分析 76
6．5．4 仪器仪表放大电路实测分析 76
6．5．5 信号放大滤波电路实测分析 76
6．5．6 导联脱落检测电路实测分析 77
6．6 LY-E501医学信号采集软件
（心电模块） 77
本章任务 80
本章习题 81
第7章 呼吸参数测量电路设计实验 82
7．1 实验内容 82
7．2 呼吸参数测量原理 82
7．2．1 阻抗式呼吸测量 82
7．2．2 影响呼吸测量的因素 83
7．3 呼吸测量电路设计 83
7．3．1 呼吸测量电路设计思路 83
7．3．2 电源电路 84
7．3．3 载波电路 84
7．3．4 带通滤波电路 86
7．3．5 仪器仪表放大电路 86
7．3．6 检波解调电路 87
7．3．7 基线调节电路 87
7．3．8 无源低通滤波电路 88
7．3．9 同相比例运算电路 88
7．3．10 钳位二极管电路 89
7．3．11 直流分量OFFSET电路 89
7．4 呼吸测量电路仿真 90
7．4．1 载波电路仿真 90
7．4．2 带通滤波电路仿真 92
7．4．3 仪器仪表放大电路仿真 93
7．4．4 检波解调电路仿真 94
7．4．5 基线调节电路仿真 94
7．4．6 无源低通滤波电路仿真 95
7．4．7 同相比例运算电路仿真 95
7．4．8 钳位二极管电路仿真 96
7．4．9 直流分量OFFSET电路仿真 96
7．5 呼吸测量实测分析 97
7．5．1 电源电路实测分析 97
7．5．2 载波信号实测分析 98
7．5．3 压控电压源二阶低通滤波器
实测分析 98
7．5．4 反相比例运算电路实测分析 98
7．6 LY-E501医学信号采集软件
（呼吸模块） 98
本章任务 101
本章习题 101
第8章 血氧饱和度测量电路设计实验 102
8．1 实验内容 102
8．2 血氧饱和度测量原理 102
8．2．1 脉搏信号 103
8．2．2 朗伯-比尔定律 103
8．2．3 脉搏血氧测量方法 107
8．3 血氧饱和度测量电路设计 107
8．3．1 血氧饱和度测量电路设计思路 107
8．3．2 电源电路 108
8．3．3 压控恒流源电路 108
8．3．4 血氧探头发光管驱动电路 109
8．3．5 参考电压输出电路 110
8．3．6 信号放大滤波电路 110
8．4 血氧饱和度测量电路仿真 112
8．4．1 压控恒流源电路仿真 112
8．4．2 参考电压输出电路仿真 112
8．4．3 信号放大滤波电路仿真 113
8．5 血氧测量实测分析 114
8．5．1 电源电路实测分析 114
8．5．2 压控恒流源电路与血氧探头
发光管驱动电路实测分析 115
8．5．3 参考电压输出电路实测分析 118
8．5．4 信号放大滤波电路实测分析 118
8．6 LY-E501医学信号采集软件
（血氧模块） 120
本章任务 122
本章习题 123
第9章 血压测量电路设计实验 124
9．1 实验内容 124
9．2 血压测量原理 124
9．2．1 压力传感器MPX2053 124
9．2．2 示波法 125
9．3 血压测量电路设计 127
9．3．1 血压测量电路设计思路 127
9．3．2 电源电路 128
9．3．3 基准电压电路 128
9．3．4 仪器仪表放大电路 128
9．3．5 无源低通滤波电路 130
9．3．6 有源低通滤波电路 130
9．3．7 晶体三极管开关电路 130
9．3．8 反相比例运算电路 131
9．4 血压测量电路仿真 132
9．4．1 基准电压电路仿真 132
9．4．2 仪器仪表放大电路仿真 132
9．4．3 无源低通滤波电路仿真 133
9．4．4 有源低通滤波电路仿真 134
9．4．5 晶体三极管开关电路仿真 135
9．4．6 反相比例运算电路仿真 136
9．5 血压测量实测分析 136
9．5．1 电源电路实测分析 136
9．5．2 基准电压电路实测分析 137
9．5．3 仪器仪表放大电路实测分析 137
9．5．4 袖带压实测分析 139
9．5．5 反相比例运算电路实测分析 140
9．6 LY-E501医学信号采集软件
（血压模块） 142
本章任务 145
本章习题 145
附录A 医学电子学开发套件（LY-E501）
使用说明 146
参考文献 154
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