Amp Instrumentacion

INSTRUMENTACION BIOMEDICA

SAD y AI

Tefilo M. Huablocho Prez [email protected]

[email protected]

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

UNIDAD DE POST GRADO UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACION

AMPLIFICADORES DE AISLAMIENTO

Instrumentacin Electrnica

Parte de la Electrnica que tiene como objetivo la observacin y medida del universo fsico (sea de tipo elctrico o no) empleando herramientas (instrumentos y equipos) electrnicos.

Medida Proceso emprico y objetivo de asignacin de nmeros a las propiedades de

los objetos o acontecimientos del mundo real, de forma que sirva para describirlos.

Emprico

Est basado en la experimentacin

Objetivo

No depende del observador

Sistema de Medida

Un sistema es un conjunto de elementos o partes simples relacionadas entre s con una funcin o accin determinadas.

En el caso de los sistemas de medida esta funcin es medir.

D/AA/DMUX UcSAMPLE

&HOLD

FILTROTRANS

DUCTOR

AMP AMP

FENOMENOFISICO

SEAL AADQUIRIR

SEAL DIGITALIZADA

SEAL PROCESADA

SEAL ACTUADORA

DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL DE UNSISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS

SEAL ANALOGICA

EQUIPODE

TRATAMIENTO DE

SEALES

REALIMENTACION DE CONTROL

REGISTRO, PROCESO Y TRANSMISION DEDATOS

PRESENTACION

TRANSDUCTOR

TRANSDUCTOR

TRANSDUCTOR

ESTIMULO

SISTEMA HOMBRE - INSTRUMENTO

EJEMPLOS DE SAD EN INSTRUMENTACION

BIOMEDICA

www.ecri.org

www.ecri.org

Captacin de seales EEG mediante Electrodos

www.ti.com/biomedical

MONITOR MULTIPARAMETROS

CONFIGURACIONES TIPICAS DEL

AMPLIFICADOR

OPERACIONAL

( OP AMP)

Rf

vo

vi

Ri

ii

A

-

+

(a)

AMPLIFICADOR NO INVERSOR: Depende de relacion de 2 Resistencias.

vo

Rf

A

-

+

vs= 1 V

Rs

Ri

vi

Ejemplo: Para obtener una Ganancia de +4, en la configuracion, en el diseo se asigna los valores Rf = 3K, Ri = 1K, siendo la seal de la fuente de entrada Vs = 1V y su resistencia de trabajo Rs=150 . Influira Rs en la ganancia ?

La Ganancia del amplificador No-inversor en condiciones ideales estara dada por la ecuacion:

Vo/ Vi = Ad = ( 1 + Rf/Ri ),

Reemplazando los valores de 3k y 1k en la ecuacion la ganancia ideal seria Ad = 4.

CONCLUSION: La Resistencia de trabajo de la fuente Rs esta conectada a V+, donde NO INFLUYE en el calculo de la ganancia de + 4 del Op-Amp No inversor.

vo

vi

Ri

i

i

Rf

A

-

+

AMPLIFICADOR INVERSOR: La ganancia del circuito depende de la relacion de 2 resistencias.

Ley de Ohm:

vo

vi

Ri

Rf

A

-

+vs= 1 V

Rs

Ejemplo: Si necesitamos un amplificador con ganancia - 4, se propone un Op-Amp que invierte con Rf = 4k, Ri = 1K, teniendo una seal de entrada Vi=1V. La Resistencia de

trabajo de la fuente de seal Rs = 150 . influira en la ganancia?

La Ganancia del amplificador inversor en condiciones ideales estar dada por la ecuacin:

Vo/ Vi = Ad = - (Rf/Ri),

Reemplazando los valores de 4k y 1k en la ecuacin la

ganancia ideal seria Ad = - 4.

Sin embargo la Resistencia de trabajo de la fuente Rs

esta en serie con Ri, la ecuacin cambiaria y seria la siguiente:

Vo / Vi = Ad = - (Rf / Ri + Rs).

vo

vi

Ri

Rf

A

-

+vs= 1 V

Rs

Ejemplo: Si necesitamos un amplificador con ganancia - 4, se propone un Op-Amp que invierte con Rf = 4k, Ri = 1K, teniendo una seal de entrada Vi=1V. La Resistencia de

trabajo de la fuente de seal Rs = 150 . influira en la ganancia?

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

R2

vo

v1

R1

R1

R2

v2

v3

v3

A

-

+

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL: Usando 2 entradas activas y una coneccion comun.

R5 =1.5 k

vo

4 V

R4 = 1 k

R1 = 1 k

R3 = 1 k

8 V

v3

v3

A

-

+

R2 = 500

I

Ejemplo de un Amplificador Diferencial

R2

vo

R1

R1

R2

A-

+

-

+

-

+

Rs

Rs

/2vd+

_

/2vd+

_

vc+

_

Se agrega 2 Op-Amp Buffer para que Rs de la fuente de seal no afecte a la ganancia del

amplificador diferencial

APLICACIN PRACTICA DEL AMPLIFICADOR

DIFERENCIAL

.

ECG

RUIDO 60 Hz

Vd

Vc

Seales de entrada

Ejemplo:

Seal ECG

V1 V1

V2

Vo = Ad {(0.5Vd + Vc) (-O.5Vd + Vc)}

Vo = Ad*Vd

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION DE 3

OP AMP

Caractersticas: - Amplificador diferencial de alta precisin - Impedancia de entrada (Zi), - Ganancia de tensin (Av) y - Relacin de rechazo en modo comn (CMRR) altas. Se utiliza para amplificar seales de diferencia pequea, producidas por transductores, en los que puede haber una seal de modo comn o nivel DC grande.

V1

R3

R2

R4

R4'

R1

A

B

R3R2

V2

- +

+ -

- +

Vo

A2

A3

A1

I

FORMULAS DE GANANCIA DIFERENCIAL Y DE MODO

COMUN DEL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION

1.- Segunda etapa diferencial la ganancia esta dada por la relacin: R4/R3

2.- Primera etapa del circuito sigue la relacin de resistencias: 1 + 2R2/R1

3.- En cascada Ad = A1*A2 La ganancia diferencial total queda como:

Ad = R4/R3 ( 1 + 2R2/R1)

Calcular Ganancia Diferencial del A.I. de 3 OP AMP

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION

INTEGRADO

Estos dispositivos integrados eliminan los desbalances propios de las Resistencias que forman parte del circuito amplificador.

La Ganancia de cada AI es propio del Dispositivo y esta especificado en su Hoja de Datos.


INA 114

PROBLEMA :A una seal biolgica inica un transductor la transforma a un nivel nominal de 0.03 voltios, para poder usar esta seal necesita ser amplificada hasta 1 voltio, utilizando el amplificador de instrumentacin INA114 disee el circuito que cumpla estos requisitos.

RESPUESTA:

Para poder amplificar hasta 1 voltio la seal de entrada debe ser multiplicada por la ganancia del circuito: G = 1/0.03 = 33.34

Formula de Ganancia del INA: 33.34 = 1 + (50,000/Rg)

Donde Rg = 1,546.07 ohm


INA 3264


AD620

AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACION AISLADOS

Amplificador de instrumentacin de aislamiento Definicin: Son amplificadores de instrumentacin que proporcionan un elevado aislamiento entre la entrada , salida y tierra (masa). El aislamiento puede ser :magntico u ptico. Aplicacin: - Campo industrial. - Instrumentacin de precisin. - Instrumentacin Biomdica.

Etapadeentrada

Etapade salida

Etapa dealimentacin

V1

V2

Vcc+ Vcc-

Vo

Vref

Aislamiento por Transformador

Tiene una etapa moduladora, el Transformador que realiza el aislamiento galvnico entre la entrada y la salida y la etapa demoduladora para recuperar la seal en la etapa posterior.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE AMPLIFICADORES DE

SEALES BIOMEDICAS y FUENTES DE RUIDO

Barea U. Alcal

Cualquier sistema de acondicionamiento de biopotenciales se va a ajustar a un mismo diagrama de bloques, como el mostrado en la figura siguiente:

Acople Capacitivo con Paciente

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Acoplamiento capacitivo con el paciente

Produce el efecto ms importante de todos los ruidos y condiciona totalmente el diseo del amplificador.

Se forman de esta manera dos condensadores cuyas armaduras son el sujeto y los conductores vivos y de tierra respectivamente, asumiendo el aire el papel de dielctrico.

En este modelo se ha despreciado la impedancia del cuerpo humano por que la resistencia que presentan los tejidos internos es muy baja.

Los condensadores formados no son en absoluto despreciables, dependiendo de la situacin del paciente.

1.-Para un paciente bien aislado, echado en una cama con toma de tierra, se podran aceptar los siguientes valores (mediciones estimadas):

Cr = 2 pF. / Cm = 520 pF.

2.-Para el caso de un paciente echado en una cama sin toma de tierra y tocando la barandilla, estos valores se elevan a (mediciones estimadas para diseo):

Cr = 200 pF. / Cm = 3300 pF.

Se forma un divisor de tensin que hace que el paciente se encuentre a una tensin con respecto a tierra de un valor aproximado de:

Las medidas del EkG y EEG sobre la piel son aproximadamente de 1 mV y 10 mV , queda claro la importancia de esta seal de interferencia.

Es el ruido que ms enmascara la seal y condiciona el diseo de los amplificadores Bioelctricos.

ACOPLE CAPACITIVO EN ADQUISICION DE

EKG USANDO AI

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Solucin al acople capacitivo a travs de los cables y del cuerpo.

Obtener la tensin de modo comn y aplicarla a travs de un Buffer a la Pantalla.

id

Ra

RRL

Ra

Rf

Ro Auxiliary

op amp

+

-

+

-

+

-

RL

u4

ucm

u3

El circuito del electrodo de la pierna-derecha es para minimizar la interferencia del modo comn. Este circuito deriva el voltaje de modo-comn obtenido de las resistencias conectadas a V3 y V4. La pierna derecha no se conecta con tierra, se conecta a la salida amplificada del Op Amp auxiliar.

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Bibliografa .- Webster, Jhon G. Medical Instrumentacion Application and design New York: .- Introduccin a la Bioingeniera - Editorial MARCOMBO Espaa. .- Bronzino, Joseph D. The Biomedical Engineering

Handbook, CRC Press, IEEE Press, 1999. .- Tatsuo Togawa and Toshiyo Tamura Biomedical

Transducers and Instruments CRC Press, Boca Raton New York 2001.

.- Carlos del Aguila Electromedicina 2da. Edicion Ampliada y

Revisada, Editorial HASA. 1999.

.- Steven P. McPherson, RRT RESPIRATORY CARE EQUIPMENT Ed. Mosby.

.-.- www.ti.com (Pagina Web de Texas Instrument)

.- Instrumentacion Electrnica - ITES Paraninfo.

http://www.ti.com/

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