Informe Diseño Electronico Electrocardiograma

UNIVERSIDAD MESOAMERICANA

Facultad de Ingeniería Ingeniería en Electrónica Curso: Diseño Electrónico Catedrático: Ing. Abelardo Méndez Quinto e!estre

"e!a# Fabricación de electrocardiogra!a a tra$és de a!%li&icador de instru!entación ' &iltros de orden su%erior

Integrantes de gru%o: (o . ) 4 1

(o!bre ' A%ellidos *uan +uis E&raín ,onzáles antizo +uis 2edro Macario Ec3e$erría a! a!uel uel ,erar erardo do 5uiz 5uiz 5oda 5odas s 6erner Francisco Méndez 2érez

Quetzaltenango7 4 de !arzo de -)0

(o. De Carne -)/0)1) -)/041) -)/ -)/0 0) )) ) -)/0-


Contenido Introducción................. Introducción.......................... ................. ................. .................. .................. .................. ................. .........................................) .................................) 8b9eti$os....................................................................................................................+istado de co!%onentes.................... co!%onentes............................ ................. .................. .................. ..........................................41 .................................41 Diagra!a Diagra!a de blo;ues................................................................................................./ Diseño !ate!ático.................................................................................................<= A!%li&icadores......................................................................................................>)4 A!%li&icadores......................................................................................................>)4 A!%li&icadores con &iltrado %asa ba9as............. ba9as...................... .................. ................. ................. ........................)1)0 ...............)1)0 A!%li&icadores con &iltrado %asa altas............ altas..................... .................. .................. .................. ................. ................)=-) ........)=-) Conclusiones.................. Conclusiones.......................... ................. .................. .................. .................. .................. .................................... .................................... ......... -5eco!endaciones................... 5eco!endaciones.......... .................. .................. ................. ................. .................. .................. ....................................-4 ...........................-4 5e&erencias bibliogra&icas........................................................................................-1


Introducción ?n a!%li&icador de instru!entación es un dis%ositi$o creado a %artir de a!%li&icadores o%eracionales. Este está diseñado %ara tener una alta i!%edancia de entrada ' un alto rec3azo al !odo co!@n# su utilización es co!@n en a%aratos ;ue traba9an con señales !u' débiles. 2ara este caso se utilizó un a!%li&icador de instru!entación %ara ser e!%leado co!o electrocardiogra!a7 el cual ser$irá %ara inter%retar los %ulsos eléctricos ;ue e!ite el ciclo cardíaco7 del cual su a!%litud !ái!a es de 1 !B. ?n electrocardiogra!a tiene co!o &unción e$aluar el rit!o ' la &unción cardiaca a tra$és de un registro de la acti$idad eléctrica del corazón7 %or lo ;ue es utilizado %ara diagnosticar %roble!as cardiacos7 %atologías %ul!onares7 entre otros. 2ara %oder leer la señal ;ue tras!ite el cuer%o se necesitó utilizar electrodos %ara ca%tar dic3a señal ' ser en$iada al a!%li&icador de instru!entación. +a señal7 al ser de!asiado %e;ueña es con&undida %or el ruido electro!agnético ;ue eiste en el a!biente. 2or lo anterior7 surgió la necesidad de $arias eta%as de &iltrado acti$o.

1


Marco teórico Amplificador de instrumentación:

Es un dis%ositi$o creado a %artir de a!%li&icadores o%eracionales. Este está diseñado %ara tener una alta i!%edancia de entrada ' un alto rec3azo al !odo co!@n7 este dis%ositi$o e9ecuta la resta de sus - entradas !ulti%licada %or un &actor# su utilización es co!@n en a%aratos ;ue traba9an con señales !u' débiles. Electrocardiograma:

Es la re%resentación grá&ica de la acti$idad eléctrica del corazón en &unción del tie!%o7 esta señal se obtiene desde la su%er&icie cor%oral# %uede ser en los brazos o en el %ec3o7 ' el tobillo derec3o co!o ,(D. Es el instru!ento %rinci%al de la electro&isiología cardiaca ' tiene una &unción rele$ante en el cribado ' diagnóstico de

las

en&er!edades

cardio$asculares7

así

co!o

ta!bién

alteraciones

!etabólicas ' la %redis%osición a una !uerte %or %roble!as cardiacos. "a!bién es @til %ara saber la duración del ciclo cardíaco. El corazón tiene 1 cá!aras7 dos aurículas ' dos $entrículos7 iz;uierdos ' derec3os. +a aurícula derec3a recibe la sangre $enosa del cuer%o ' la en$ía al $entrículo derec3o el cual bo!bea a los %ul!ones7 el lugar en el ;ue la sangre se oigena ' libera el dióido de carbono ' del ;ue %asa a la aurícula iz;uierda7 luego la sangre se deri$a al $entrículo iz;uierdo7 donde se distribu'e7 al contraerse este7 a todo el cuer%o ' regresa a la aurícula derec3a cerrando el ciclo cardiaco. El electrocardiogra!a es una %rueba &ísica a!%lia!ente utilizada %ara $alorar la condición del corazón en &or!a no in$asi$a7 dic3a %rueba se usa %ara e$aluar el estado del siste!a de conducción del corazón7 el !usculo ' ta!bién en &or!a indirecta la condición de este órgano co!o una bo!ba ' la a%arición de rit!os %atológicos causados %or daño al te9ido de conducción de señales eléctricas7 ' otros trastornos cardiacos.

2


El trazado tí%ico de un electrocardiogra!a registrando un latido cardiaco nor!al consiste en una onda 27 un co!%le9o Q5 la re%resentación grá&ica de la des%olarización de los $entrículos del corazón ' una onda "# la %e;ueña onda ? nor!al!ente es in$isible7 estos e$entos eléctricos no deben ser con&undidos con los e$entos !ecánicos corres%ondientes7 es decir7 la contracción ' rela9ación de las cá!aras del corazón# así7 la sístole !ecánica o contracción $entricular co!ienza 9usto des%ués del inicio del co!%le9o Q5 ' cul!ina 9usto antes de ter!inar la onda ". +a diástole7 ;ue es la rela9ación ' rellenado $entricular7 co!ienza des%ués ;ue cul!ina la sístole corres%ondiendo con la contracción de las aurículas7 9usto des%ués de iniciarse la onda 2

3


O!eti"os 

A%licar conoci!ientos ad;uiridos en clase %ara el diseño e i!%le!entación en situaciones reales de los di$ersos dis%ositi$os electrónicos ' sus



  

 

con&iguraciones. Co!%render el &unciona!iento de los a!%li&icadores o%eracionales en con&iguración de instru!entación. A%licar conoci!ientos básicos %ara la elaboración de &iltros acti$os. Cu!%lir con los re;uisitos necesarios %ara la %rueba de los !is!os. ,arantizar ;ue el electrocardiogra!a genera la señal deseada %or !edio del oscilosco%io u otro !edio. Econo!izar gastos de construcción o &abricación de cada a!%li&icador. Funda!entar el %or;ué del &unciona!iento de cada uno utilizando el cálculo %re$io de los %ará!etros de &unciona!iento.

4


#istado de componentes

A!%li&icador no in$ersor Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros

costo

d

) ) )

A%a!%a +M01)C

Bolta9e !ái!o 4
Q /.

5esistencia 5) 5esistencia 5F

-7 /.)GH 1
Q ./ Q ./

A !%li&icador in$ersor Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros

costo

d

) ) )

A%a!%a +M01)C

Bolta9e !ái!o 4
Q /.


-7 /.)GH /)GH

Q ./ Q ./

A!%li&icador seguidor de tensión no in$ersor Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros

costo

d

)

A%a!%a +M01)C

Bolta9e !ái!o 4
Q /.

-7

A!%li&icador seguidor de tensión in$ersor Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros 5

costo


d

) ) )

A%a!%a +M01)C

Bolta9e !ái!o 4
Q /.


-7 /.)GH /.)GH

Q ./ Q ./

Filtro %asa ba9as Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros

costo

d

) )

Ca%acitor 5esistencia

.)F o )nF -H

Q ./ Q ./

Filtro %asa altas Cantida

Componente

Desc$ % &ar'metros

costo

d

) )

Ca%acitor 5esistencia

.)F o )nF ).
6

Q ./ Q ./


Diagrama de lo(ues

Amplifcadores 'enerador de seales

(inversor, no inversor y seguidores de tensión)

&sciloscopio

Amplifcadores

iltros !"

(inversor, no inversor y seguidores de tensión)

(#asa altas y pasa $a%as)



,enerador de señales7 creara la señal la cual será a!%li&icada



%or el o%a!%7 o la ;ue %asara %or el &iltrado 5C. Filtros 5C7 adelantaran o atrasaran la señal dada %or el



generador. A!%li&icadores7 de%endiendo de la con&iguración ;ue %osean a!%li&icarán7 o seguirán la señal recibida %or el generador7 o del



&iltrado 5C. 8scilosco%io7 !ostrará el resultado &inal ;ue tendrá la señal dada %or el generador al %asar %or los a!%li&icadores con sus res%ecti$as

con&iguraciones

a!%li&icación corres%ondiente.

7

o

con

el

&iltrado 5C

'

su


Dise)o Matem'tico




*


1+


Amplificadores Amplificador no in"ersor: 2ara este a!%li&icador se utilizó la reali!entación

negati$a $ista en clase7 a base de la &ór!ula de ganancia A =1 +

RF R 1

' en base

a ;ue se re;uería ;ue el siste!a tu$iera una ganancia A J )7 se escogió un $alor %ara 5)/.)K H %ara ;ue esto a la 3ora de des%e9ar la &ór!ula de ganancia nos diera el $alor 5& necesario %ara ;ue el a!%li&icador obtu$iera ganancia A J ).

+a lectura del oscilosco%io es la siguiente:

11


2odre!os obser$ar ;ue la señal a!%li&icada color a!arillo es ) $eces !a'or a la señal dada %or el generador de &recuencias color azul %or lo ;ue cu!%le con lo re;uerido. Amplificador in"ersor: +a construcción ' diseño de este a!%li&icador se realizó a

base de la reali!entación negati$a7 to!ando en cuenta la &ór!ula de ganancia A

=

Rf R 1

−

en donde se re;uería ;ue el a!%li&icador tu$iera una ganancia de A J

)7 %ara esto se dio un $alor %ara la resistencia 5) /.)K H ' to!ando así el $alor de ganancia deseado7 se des%e9o %ara 3alla el $alor ;ue la resistencia 5& tendría con este $alor de ganancia si 5) era /.)K H7 con estos dos $alores de resistencias se obtendrá una ganancia A J ).

+as !edidas corres%ondientes del oscilosco%io nos dan co!o resultado:

12


2ode!os obser$ar ;ue e&ecti$a!ente la señal dada %or el generador de &recuencias color azul al %asar %or el a!%li&icador o%eracional ' con la con&iguración ;ue este tiene 3ace ;ue la señal se in$ierta ' se a!%li&i;ue7 en otras %alabras7 la señal obtenga una ganancia A J ).

Amplificador seguidor de tensión no in"ersor: Este a!%li&icador no %osee de ning@n ti%o de reali!entación7 ta!%oco es una con&iguración de lazo abierto lo cual genera ;ue la ganancia del dis%ositi$o sea de !iles de $eces !a'or a la di&erencia de %otencial entre sus - entradas7 esta con&iguración lo ;ue tiene es ;ue la entrada in$ersora $a a la salida ' la señal llega a la entrada no in$ersora %or lo ;ue esto genera ;ue la ganancia de este dis%ositi$o sea A J ).

+as !edidas del oscilosco%io nos !uestran la siguiente grá&ica:

13


2ode!os obser$ar ;ue tanto la señal generada %or el o%a!% ' %or el generador de &recuencias tienen la !is!a estructura7 %ode!os concluir ;ue e&ecti$a!ente esta con&iguración 3ace ;ue la señal ;ue entra al o%a!% sea la !is!a ;ue salga7 es decir7 no a&ectara su estructura.

Amplificador seguidor de tensión in"ersor: 2ara este o%a!% se necesita realizar un a!%li&icador in$ersor de ganancia A J )7 de otra &or!a no tiene ganancia a de&erencia del seguidor de tensión no in$ersor el cual al conectar la entrada no in$ersora a la salida genera una ganancia A J )7 el seguidor de tensión in$ersor no %uede tener esta con&iguración7 %or lo ;ue se debe to!ar el a!%li&icador in$ersor ' con su res%ecti$a &or!ula

A =

Rf con esta &ór!ula R 1

−

%odre!os obtener una ganancia A J )7 basta con %oner - resistencias con $alores idénticos en 5& ' 5)%ara crear la ganancia re;uerida.

14


+as !edidas del oscilosco%io nos !uestran la siguiente i!agen:

2ode!os obser$ar el ;ue o%a!% seguidor de tensión in$ersor cu!%le su co!etido7 a la 3ora de recibir la señal del generador color a!arillo entra al o%a! ' %or !edio de la con&iguración ;ue este %osee in$ierte la señal !anteniendo una ganancia negati$a A J ).

15


Amplificadores con filtrado pasa a!as *iltro pasa a!as con amplificador no in"ersor:

5ealizando las !ediciones corres%ondientes en el oscilosco%io obtene!os la grá&ica:

L 2ode!os obser$ar ;ue en esta con&iguración la señal es atrasada ' a!%li&icada7 esto a causa del &iltrado ' con&iguración del o%a!%.

16


*iltro pasa a!as con amplificador in"ersor:

aciendo las res%eti$as !edidas del oscilosco%io se obtiene la siguiente grá&ica:

En este caso la señal es in$ertida ' a!%li&icada7 así co!o ta!bién atrasada7 esto a consecuencia de la con&iguración del &iltrado ' el o%a!%.

17


*iltro pasa a!as con amplificador seguidor de tensión no in"ersor:

+as !ediciones corres%ondientes del oscilosco%io generan la siguiente grá&ica:

2ode!os obser$ar ;ue la señal &iltrada es atenuada le$e!ente ' atrasada7 eso gracias a la con&iguración ' el &iltrado ;ue el o%a!% %osee.

1


*iltro pasa a!as con amplificador seguidor de tensión in"ersor:

+as !edidas corres%ondientes del oscilosco%io generan la siguiente señal:

2ode!os obser$ar ;ue la señal &inal es in$ertida ' atenuada le$e!ente7 así co!o ta!bién atrasada7 esto a consecuencia del &iltro %asa ba9as ' la con&iguración del o%a!%.

1*


Amplificadores con filtrado pasa altas *iltro pasa altas con amplificador no in"ersor:

+as !edidas en el oscilosco%io nos generan la siguiente grá&ica:

2ode!os obser$ar ;ue la grá&ica de la señal &inal color azul está atrasada a la señal ;ue otorga el generador color a!arillo7 el &iltro adelanta la señal %ara estar adelantada en el tie!%o7 luego se a!%li&ica esa señal con la ganancia A J ).

2+


*iltro pasa altas con amplificador in"ersor:

+as !ediciones en el oscilosco%io generan la siguiente grá&ica:

2ode!os obser$ar ;ue la señal es a!%li&icada e in$ertida7 así co!o ta!bién es adelantada gracias a la con&iguración de &iltrado ;ue %osee el o%a!%.

21


*iltro pasa altas con amplificador seguidor de tensión no in"ersor:

+as !edidas corres%ondientes del oscilosco%io generan la siguiente grá&ica:

2ode!os obser$ar ;ue en este caso la señal incre!enta ' se adelanta7 esto a causa del a!%li&icador ' el &iltrado ;ue %osee.

22


*iltro pasa altas con amplificador seguidor de tensión in"ersor:

+as !edidas corres%ondientes en el oscilosco%io nos generan la siguiente grá&ica:

2ode!os obser$ar ;ue al in$ertir la señal esta ta!bién incre!enta un %oco debido al &iltro %asa altas7 asi!is!o se adelanta.

23


Conclusiones 

+os a!%li&icadores o%eracionales son un circuito electrónico con di$ersas a%licaciones7 a'udando a reducir así el diseño ' a!%liando las a%licaciones. Na ;ue la tecnología ""+ %resenta ciertas li!itantes7 co!o el $olta9e de



o%eración. Al !o!ento de a%licar &iltros a circuitos de a!%li&icación nos li!ita la a!%li&icación de ruidos o ele!entos no deseados# A la $ez nos &acilita la



!ani%ulación de %e;ueñas señales de %rueba. Con el a!%li&icador o%eracional a!%lia!os los ca!%os de traba9o en el diseño co!o %ro&esionales7 %er!itiéndonos traba9ar con $olta9es si!étricos7 lo cual es co!@n encontrar en el á!bito laboral.

24


Recomendaciones 

Es necesario al !o!ento de realizar cual;uier diseño electrónico to!ar en cuenta las tolerancias ;ue %oseen cada uno de los co!%onentes7 así



co!o características es%eciales de &unciona!iento. Es necesario conocer la estructuración interna de un circuito electrónico %ara &acilitar el diseño del !is!o7 a la $ez es necesario tener acceso ' conoci!iento %re$io de la 3o9a de características de los circuitos



integrados. 2re$ia!ente 3a' ;ue to!ar en cuenta li!itaciones de los circuitos integrados co!o $olta9es de o%eraciones !ái!os al !o!ento del diseño en &unción de las ganancias en $olta9e %ara e$itar daños en co!%onentes electrónicos.

25


Referencias cu!ed- (s-.-)- EcuRed - &$tenido de /0ps-ecured-cu!ealimentaci "33nenamplifcadores 'on8le, A- '- (2 de 9unio de 2+13)- Panama Hitek - &$tenido de /0ppanama/ite:-comamplifcadores;operacionales;y;su;uso;en;la;electronica pos;caracteris>cas =nicrom, - (s-.-)- Electrónica Unicrom - &$tenido de /0punicrom-comfltro;rc;paso;$a%o ?i:ipedia- (* de e$rero de 2+17)- Wikipedia- &$tenido de /0pses-i:ipedia-orgi:iAmplifcadoroperacional

26

Informe Diseño Electronico Electrocardiograma

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