Electrocardiograma

El electrocardiógrafo es un aparato electrónico que capta y amplía la actividad eléctrica del corazón con ayuda de electrodos colocados en las extremidades del cuerpo humano. El registro de dicha actividad es el electrocardiograma (EGC). El potencial registrado por el electrocardiógrafo tiene una amplitud aproximada de 1mV y se obtiene aplicando electrodos de registro de “biopotenciales”. Este potencial supone un inconveniente para el procesado de la señal ya que la visualización se hace muy complicada a estos niveles de voltaje y las hace susceptibles a la interferencia y el ruido. Por este motivo dichas señales se deben amplificar, aislar y filtrar para tener una correcta lectura de los puntos de interés.

II. DESARROLLO DE CONTENIDOS

Características del electrocardiógrafo pedido.

Ancho de banda de 2-250 Hz

Ganancia total de 1000-10000 V/V

Eliminar efecto de frecuencia de 60 Hz

Aislar al sujeto de medición (evitar contacto con la tierra del suministro eléctrico)

A. Diseño de los circuitos.

Para el diseño del electrocardiógrafo se requiere de diferentes etapas por las cuales pasaría la señal a procesar. Se decidió poner el circuito total en tres placas que las consideraremos como etapas.

En la etapa 1 podemos encontrar lo que es la amplificación y el acoplamiento de impedancias, para esta etapa fue necesario usar una pila ya que es importante aislar al sujeto de medición de cualquier contacto con la tierra del suministro eléctrico. Para lograr las tensiones negativas que usan parte de los circuitos correspondientes a esta etapa, se usó un circuito integrado (7660). La batería utilizada fue una tipo lipo de 3 celdas de 12 volts. Se utilizó un amplificador de aislamiento (ISO-124) para poder proteger a la persona a medir.

En la segunda etapa podemos encontrar los filtros pasabandas donde nos ayuda a dejar pasar un cierto rango de frecuencias y atenuar las demás.

En la última etapa encontramos el filtro muesca o rechazo de banda que no permite el paso de ciertas frecuencias, en este caso de 54-66 Hz. Para finalizar en esa etapa encontramos la salida que la mandamos a un osciloscopio para poder observar la señal correspondiente.

B. Cálculos

Cálculos para AD620: A partir de la siguiente ecuación y teniendo en cuenta que se requiere una ganancia de 250, para que a la amplitud máxima de 4 mV obtengamos un volt, obtenemos los valores de la resistencia de ganancia para el amplificador de instrumentación:

R_G=(49.4 KΩ)/(G-1)=(49.4 KΩ)/(250-1)=198.39 Ω ≈200 Ω.

Circuito para obtener alimentación negativa para los opamps:

En el caso de la alimentación negativa de los opamps, usaremos el siguiente circuito, solo con la modificación del capacitor C_osc. Y cambiando los valores de capacitores por los de 1 μF.

Fig.1B Conexiones del CI 7660

Etapa de amplificación: En este caso usaremos un amplificador inversor como se muestra en la siguiente figura:

Fig. 2B Esquema de amplificador inversor.

Tomando en cuenta que ya tenemos una amplitud máxima de 1 V, y solo necesitamos 5 V, aquí debemos de lograr una amplificación máxima de 5, obtendremos de la ecuación de ganancia el siguiente valor de resistencia, ya con un valor propuesto para R2 de 10 k:

V_0/V_i =R2/R1+1=5,R1=(10 KΩ)/4=2500 Ω

Filtro pasa banda: Para el filtro pasabanda de banda ancha, generamos un filtro pasa altas Butterworth de 2° orden y un pasa bajas Butterworth de 2° orden también. Los cálculos se muestran a continuación:

Pasa bajas:

F_C=250 Hz. 〖 C〗_2=22 nF C_1=44 nF.

R=.707/(ω_c C_2 )=20.45 KΩ R_F=2R=40.9 KΩ

Pasa altas:

C_1=0.1 μF. R_2=1.414/(ω_C C)=1.125 MΩ R_1=R_2/2=562.6127 KΩ R_F=R_1

Rechazo de banda:

B=12 Hz. f_r=60 Hz C=0.1 μF B=f_r/Q=0.1591/RC; R=0.1591/BC=132.583 KΩ Q=f_r/B=5

R_r=R/(〖2Q〗^2-1)=2705 Ω.

C. Simulaciones.

Simulación del filtro pasabanda.

Fig. 1C Filtro pasabanda

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