Contenido
1. Componentes electrónicas y Análisis de Circuitos.
2. Amplificadores
3. Filtros
4. Conversión Análogo-Digital y Digital-Analógica.
5. Procesamiento Digital de Señales
Describir los principales circuitos que se emplean en los equipos médicos.
Seleccionar los amplificadores y filtros apropiados para un tipo de aplicación.
Definir los conceptos relacionados con los procesos de conversión AD y DA
Explicar los procedimientos comunes para el Procesamiento de Señales en Biomedicina.
Métodos para mejorar la relación señal / ruido
Amplificadores operacionales:
características específicas del amplificador,
impedancia de entrada y salida,
análisis circuital de configuraciones simples más comunes,
cálculo de la ganancia.
Conexión a transductores
Amplificadores operacionales y amplificadores de instrumentación: características de estos últimos.
Ejemplos de su utilización conectándolos a puentes de Wheatstone.
Circuito equivalente del Amplificador Operacional
Las entradas son ?1 y ? 2.
El voltaje diferencial entre ellas provoca un flujo de corriente a través de la resistencia diferencial Rd.
El voltaje diferencial se multiplica por A, la ganancia del amplificador operacional para generar el voltaje de salida.
Cualquier corriente fluyendo hacia el terminal de salida vo debe pasar a través de la resistencia de salida Ro.
Símbolo del Amplificador Operacional
El voltaje en v1, la entrada inversora, se amplifica para brindar la salida ?o.
El voltaje en ?2, la entrada no inversora, se amplifica para brindar una salida en fase en ?o.
Resistencia de Entrada / Salida
Idealmente se necesita que posea una resistencia de entrada muy alta en relación a la resistencia de salida de la fuente de alimentación
Sin embargo, la resistencia del AOP debe ser muy baja (idealmente nula)
Por su parte, se requiere que la resistencia de salida sea la mínima. Idealmente cero.
Amplificador de Instrumentación
El lado derecho muestra un operacional diferencial, pero que tiene baja impedancia de entrada. El lado izquierdo muestra como dos operacionales adicionales pueden suministrar alta impedancia y ganancia de entrada.
Para el operacional actuando como diferencial, una manera simple de visualizar sus características de salida es mediante dos palancas con longitud de brazos proporcionales a los valores de las resistencias.
Amplificador diferencial
Amplificador diferencial conectado a un voltaje de modo común que contiene impedancias variables.
Incluir buffers asegura que las fluctuaciones en Rs no afectan la ganancia.
Ganancia
Se requiere que la ganancia de tensión sea la mayor posible. Idealmente debe ser Infinita
La unidad de medida de la relación de ganancia de un amplificador se calcula como:
G = 20 * log (VO/ VI)
donde G se expresa en decibeles
VI es el voltaje de entrada
y VO es el voltaje de salida
Décadas y Octavas
Décadas
f2 = 10 * f1
que se generaliza entonces como
f2 = 10n * f1
Octavas
f2 = 2 * f1
que se generaliza entonces
f2 = 2n * f1
Relación Ganancia / Frecuencia
En la práctica, la frecuencia de la señal de entrada influye en la ganancia que se puede obtener con un AOP, dado por los elementos que integran su circuitería
Ganancia típica – operacional de lazo abierto
La ganancia de lazo abierto del operacional típico es mucho mayor, pero menos constante que la ganancia del circuito.
Sin embargo, el lazo abierto tiene menor ancho de banda que el circuito.
Fuentes de ruido
R1
in
in
+
–
+
–
+
–
u1
un
ud
uo
Aud
u2
R2
La fuente de ruido en el voltaje vn está en serie con la entrada y no puede eliminarse.
El ruido añadido por las fuentes actuales de ruido a la entrada puede minimizarse empleando resistencias externas pequeñas.
Sensibilidad a temperatura “DRIFT”
Las variaciones térmicas pueden provocar alteraciones acentuadas en las características del AOP. Se desea que estas variaciones de corriente o de tensión sean mínimas. Idealmente cero.
La variación de corriente se representa como ?I / ?T, y su valor se expresa en nA / °C
La de tensión por ?V / ?T, y su valor se expresa en ?V / °C
Relación entre impedancias
+
–
Rd
ii
Ro
RL
CL
io
Aud
ud
uo
ui
+
–
La impedancia de entrada del amplificador es mucho mayor que la impedancia de entrada del operacional Rd.
La impedancia de salida del amplificador es mucho menor que la impedancia de salida del operacional Ro.
Filtros
Circuitos que permiten seleccionar el rango frecuencias que se desea amplificar en la señal.
Existen cuatro tipos principalmente:
Pasa bajo
Pasa alto
Pasa banda
Rechazo de banda (“Notch”)
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