Laboratorio N°6: Amplificadores de instrumentación

Laboratorio N°6: Amplificadores de instrumentación

Cristian Aravena, Felipe Muñoz. Ingeniería Civil Biomédica, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Concepción, Chile. Profesor Pablo Aqueveque y Roberto Lopez , Ayudantes. Maritza Villar y Macarena Diaz.

          Resumen—En el presente informe se muestran los datos y resultados obtenidos luego de realizar la experiencia del laboratorio, en el cual se diseñan e implementan circuitos utilizando amplificadores de instrumentación, con el fin de verificar el correcto funcionamiento de estos, se utilizan amplificadores operacionales en el diseño,  para medir y observar señales en tiempo real del cuerpo humano, ya sea un EMG o un ECG y sus respectivas diferencias. Ademas de implementar filtros y circuitos rectificadores parae obtener una señal más limpia de los biopotenciales.

1. INTRODUCCIÓN

L

os  amplificadores operacionales son circuitos electronicos  integrados compuesto de una serie de transistores, resistencias y condensadores, que nos permiten tener una salida hasta cien veces mayor que los voltajes de entrada en sus terminales, esto nos permite utilizarlos en aplicaciones del area biomedica donde las señales producidas por el cuerpo humano son de bajo volataje [mV]. [1]

        El JFET presenta 3 regiones de operación: Región óhmica, Región de Saturación o Activa y Región de Ruptura. En la primera, el transistor se comporta como una resistencia que depende netamente del voltaje gate y source. Al operar el transistor en esta region se busca una resistencia variable. En la región activa  el transistor opera entre la region de ruptura  y el voltaje de estrangulamiento. Se busca operar en esta región para obtener una ampliacion lineal de señales. La región de ruptura se obtiene cuando el voltaje entre drain y source crece mas allá del extrangulamiento, lo que genera que que el transistor se destruya debido a el aumento instantaneo de la corriente de drain.[1]

En este laboratorio se diseñaron redes de polarización para obtener transistores JFET en corte, además se obtuvieron parámetros característicos de un amplificador monoetapa, es decir, su máxima  incursión y excursión simétrica, ganancia de voltaje, ganancia de corriente, impedancia de entrada y salida, y respuesta en frecuencia. También utilizamos un transistor MOSFET para diseñar una compuerta lógica NOT que permita actuar el transistor  un switch.

1. Materiales y Métodos

1. Materiales, equipos y programas

Componentes:

• Resistencias: 2x1k[Ω]; 1x 7k[Ω]; 4x 10k[Ω]; 1x 2k[Ω];
• Diodos: 1xLED 1.75[V]
• Capacitores: 1x1[nF]; 1x0.4[nF]
• Amplificador Operacional TL062
• Protoboard y cables de conexión

       Equipos:

• Generador de Funciones: GwInstek modelo GFG-8216
• Fuente de Voltaje 12V
• Osciloscopio: Tektronix modelo TDS 1002B
• Multímetro digital: Meterman 37XR 

     Programas:

• NI Multisim 12.0
• Microsoft Visio

1. Métodos

1. Ley de Ohm

                                                    (1)[pic 1]

        V:voltaje ; I:corriente ; R:resistencia

1. Ley de Voltajes de Kirchhoff

                                       (2)[pic 2]

1.    Ganancia de voltaje (Av)

                                     (3)[pic 3]

,,[pic 4][pic 5]

1. Analisis de circuitos con Amplificadores Operacionales.

                                                                        (4.1)[pic 6]

       : Corriente de entrada no inversora; :Corriente entrada inversora[pic 7][pic 8]

                                                                             (4.2)   [pic 9]

: voltaje entrada no inversora; : voltaje entrada inversora[pic 10][pic 11]

1. Ecuación de decibeles (dB)

[pic 12]

:decibeles, :ganancia de voltaje [pic 13][pic 14]

1. Conceptos Importantes

Amplificador de implementación: Circuito formado por amplificadores operacionales que tiene como fin amplificar señales muy pequeñas, en este caso biopotenciales. Su ganancia está dada por: [1]

R1

vout=(v2−v1)(1+2 [pic 15]Rg)                   (1)

Donde: Vout: Voltaje de salida; v1, v2: Voltajes de entrada.

Electrocardiograma: Representación gráfica de la actividad eléctrica del corazón, los voltajes de entrada varían desde los 0.1 [mV] (onda P) a los 1.5 [mV] (onda QRS).[2]

Electromiograma: Examen que muestra gráficamente la actividad muscular. Los biopotenciales varían desde 50 [μV] a los 5[mV] y la frecuencia varía desde los 10 [Hz] pudiendo llegar hasta los 1 [kHz]. En este caso se tomarán las frecuencias de corte en 20 [Hz] (Filtro pasa altos) y 500 [Hz] (filtro pasa bajos). [3]

Filtro pasa altos de segundo orden (Butterworth): Filtro que atenúa la señales que se encuentren bajo la frecuencia de corte. Cabe destacar que este tipo de filtro (Butterworth) presentan una respuesta en frecuencia mas plana que otros filtros revisados. Se le llama de segundo orden dado que presenta dos capacitores y presenta una señal de transferencia dada por: [4]

Filtro pasa bajos de segundo orden (Butterworth): Similar al filtro anterior, este busca atenuar las frecuencias mayores a la frecuencia de corte. Su función de transferencia está dada por: [4]

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