CLASE # 7
FILTROS ACTIVOS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES
Hola alumnos, en la clase de hoy vamos a ver los filtros activos analógicos que son tan importantes en el diseño de los equipos de instrumentación biomédica que sirven para la obtención de los biopotenciales, antes que nada deben recordar que existen dos tipos de filtros:
a) Los filtros pasivos : Que sólo contienen resistencias (R) , capacitores (C) y/o bobinas (L).
b) Los filtros activos : Que contienen OPAM, resistencias (R), capacitores (C) y/o bobinas (L)
Pero que para el estudio y obtención de los Biopotenciales preferimos los filtros activos que contienen OPAMS, Resistencias (R) y Capacitores (C) o bobinas (L).
Y los deseamos de 2do orden por lo menos, saben ¿Cómo se determina si un filtro es de 1o, 2do, 3er o otro orden, pues por el número de Capacitores o Bobinas que tiene en su diseño y también es importante recordar que el orden de un filtro se refleja en la pendiente de caida de la señal en el gráfico de Bode.
Figura 1 : Gráfico de Bode de Magnitud y Fase de un Filtro pasabajas y pendientes de filtros pasa bajas de primero, segundo y tercer orden
Favor de estudiar y analizar los siguientes videos :
Video 1: Cálculo y diseño de filtros con ayuda de un paquete de software, este paquete es una buena ayuda pero no está considerando el acople de impedancias entre las distintas etapas de los filtros, será necesario considerar ese punto a la hora de armar un circuito en protoboard.
Video 2: Excelente explicación de ¿cómo se calculan y diseñan los filtros activos que integra muy bien los conocimientos de Sistemas Dinámicos y nos explica desde la función de transferencia, las impedancias, y los Bodes de Magnitud y Fase.
Video 3: Filtros activos cálculo y diseño con ayuda de un paquete de software
Video 4: Diseño de filtros con ayuda del paquete de software Filter Pro de Texas Instruments.
Quiero que recuerden que ustedes ya conocen el sigjuiente esquema desde sus clases de circuitos electrónicos III
Figura 2: Configuraciones básicas con amplificadores operacionales
Y sus profesores anteriores ya les han enseñado ¿Cómo se analizan y hacen los cálculos para obtener la función de transferencia de este tipo de circuitos?
Para los que deseen hacer un repaso sobre este tema favor de revisar el libro de Webster en el capítulo 3 Amplifiers and Signal Processing completo, les anexo el link del texto.
Y no olviden que ya deben tener el enmicado de la tabla 1.1 que aparece en las páginas 10 y 11 del webster y si observan esta tabla en la 3a columna se habla del Rango de frecuencia de las señales en Hertz mismos que les servirán de base para determinar las frecuencias de corte necesarias para el diseño de sus filtros activos analógicos tanto pasabajas, pasaaltas o pasabandas y también los filtros rechazabandas necesarios para la eliminación de la señal de ruido de 50 o 60 Hz. y también tienen que integrar los conocimientos adquiridos de Sistemas Dinámicos.
Figura 3: Gráficos de Bode de amplitud para filtros activos
Para los que tengan dudas o no se acuerden de ¿Cómo se hacen los filtros pasabandas o rechazabandas hay que recordar que se pueden colocar en cascada siempre y cuando se respeten las reglas del acoplo de impedancias, les sugiero estudiar, analizar y repasar los siguientes links o hipervínculos:
Al final de sus prácticas de diseño de esta parte de sus circuitos en el laboratorio deberán de demostrar mediante un barrido de frecuencias el comportamiento real de sus filtros en el Osciloscopio y deberán pasar su diseño a una tarjeta de circuito impreso como la mostrada en la siguiente figura.
CLASE # 7
TAREAS Y ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS
En la materia de Bioinstrumentación I es muy importante que todos logren un conocimiento y aprenidzaje significativo de estos temas en forma INDIVIDUAL por lo que para esta clase y actividad el trabajo debe ser así INDIVIDUAL.
1. Hacer una presentación en power points y formato *.mp4 acerca del tema de Cálculo y diseño de filtros activos para la obtención de Biopotenciales que incluya también los conceptos de Factor de Calidad (Q), Obtención de Frecuencia de resonancia, Obtención de frecuencia de corte, filtros pasabajos, filtros pasa altos, filtros pasabandas y filtros rechazabandas, así como una explicación de los filtros de 1o, 2do y orden superior.
2. Problema: hacer una cascada de tres amplificadores operacionales en configuración amplificador inversor con ganancia de voltaje de 10 en cada uno para obtener al final una ganancia total de 1000 sin que se caiga la señal de entrada, favor de indicar el valor de todas las resistencias en c/u de las etapas.
3. Favor de hacer los cálculos necesarios y el diseño de filtros para la obtención de una señal de Biopotencial de ECG con un filtro pasabandas (Favor de ver la tabla 1.1 que tienen enmicada para determinar los valores de la frecuencia de corte. y dar el valor de las resistencias y capacitores y mostrar el dibujo del circuito electrónico diseñado.
4. Favor de Hacer un barrido de frecuencias en el Osciloscopio y mostrar la tabla de valores reales del filtro del paso anterior, así como el Gráfico de Bode de Amplitud obtenido.
5. Favor de conectar y acoplar las etapas de la Clase # 6 Amplificador de Instrumentación y la Etapa del filtro ECG pasabandas diseñado por ustedes y mostrar los resultados obtenidos antes y después del filtrado mediante las imagenes de ECG que obtienen del Osciloscopio en sus prácticas de Laboratorio justificando y explicando las razones por las que si o no obtuvieron la señal de ECG deseada antes de filtrar y despues de filtrar.
Referencias:
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