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Uma análise detalhada do circuito de filtragem utilizado no eletrocardiograma, explicando a função do amplificador de instrumentação ina118 e dos amplificadores operacionais tl064, além de fornecer equações para calcular o ganho do circuito. O documento também discute as características do tl064 e os tipos de filtros ativos, destacando a importância da filtragem para a obtenção de sinais precisos no eletrocardiograma.
Tipologia: Trabalhos
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO
CAMPUS CUIABÁ- CEL. OCTAYDE JORGE DA SILVA
Turma: 6 ° semestre
Curso: Eng. Elétrica
Docente: Prof. Elzio Metello
Cuiabá-MT
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Relatório referente ao trabalho passado
sobre: Eletrocardiograma - ECG.
Apresentado à professor Elzio Metello,
como requisito para a avaliação da disciplina
de Eletrônica II, superior noturno.
Cuiabá-MT
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CAMPUS CUIABÁ- CEL. OCTAYDE JORGE DA SILVA
Um eletrocardiograma (ECG) é um exame médico que registra a atividade
elétrica do coração ao longo do tempo. É comumente usado para avaliar a saúde do
coração e diagnosticar problemas cardíacos. Durante o procedimento, eletrodos são
colocados na pele do paciente, normalmente na parte superior, inferior e no tórax.
Esses eletrodos detectam impulsos elétricos gerados pelo coração e são registrados
na forma de um gráfico.
O gráfico resultante mostra as ondas elétricas que ocorrem durante cada
batimento cardíaco. Essas ondas são chamadas de ondas P, Q, R, S e T, e cada uma
representa uma parte específica do ciclo cardíaco.
superiores do coração (átrios).
câmaras inferiores do coração (ventrículos).
preparam para a próxima contração.
O ECG fornece informações valiosas sobre a frequência cardíaca, ritmo
cardíaco, presença de arritmias, sinais de falta de irrigação sanguínea no coração
(isquemia), entre outros aspectos.
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Os médicos podem interpretar o eletrocardiograma para diagnosticar condições
cardíacas como arritmias, infarto do miocárdio, doença arterial coronariana, distúrbios
de condução elétrica e outras patologias relacionadas ao coração. O ECG é uma
ferramenta importante no diagnóstico e monitoramento de problemas cardíacos e é
frequentemente utilizado em ambientes clínicos, hospitalares e de emergência.
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O INA118 é um amplificador de instrumentação versátil utilizado em uma
variedade de aplicações de medição de sinais pequenos, proporcionando alta
precisão e rejeição de ruídos. Suas características o tornam adequado para diversas
áreas, incluindo medições industriais, médicas e científicas.
O amplificador possui aplicações um pouco mais restritas ao ser comparado
com outros amplificadores mais populares, entretanto, seus resultados são superiores
ao serem comparados com os amplificadores tradicionais, enquanto o INA se delimita
como amplificador em uma faixa específica e bem delimitada de ganho, enquanto os
outros amplificadores são mais flexíveis.
Esta é sua arquitetura:
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Ao analisarmos o ganho do INA118 temos o seguinte equacionamento:
Primeiramente com o conceito de curto virtual podemos deduzir que as tensões
que entram pela porta não inversora dos amplificadores de entrada estão presentes
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𝒅
𝒊𝟐
𝒊𝟏
𝒈
A tensão de saída V 0 , é dada pelo ganho vezes a relação da diferença da
tensão de entrada do amplificador subtrator:
𝟎
𝒅
𝟎
𝒅
Substituindo 𝑉
𝑑
temos:
𝟎
𝒈
𝒊𝟐
𝒊𝟏
Onde o ganho do circuito é dado por:
𝒈
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O TL064 é um amplificador operacional (op-amp) de baixo consumo de energia,
pertencente à família de amplificadores operacionais TL06x, fabricados pela Texas
Instruments. Os amplificadores operacionais são dispositivos essenciais em
eletrônica, amplamente utilizados em uma variedade de aplicações, incluindo
amplificação de sinais, filtros ativos, comparadores, entre outros.
Aqui estão algumas características típicas do TL064:
contém quatro amplificadores operacionais independentes. Isso significa
que você tem quatro amplificadores em um único chip, economizando
espaço e simplificando o design de circuitos.
consumo de energia, o que o torna adequado para aplicações
alimentadas por bateria ou em situações em que a eficiência energética
é importante.
geralmente têm entradas de alta impedância, o que minimiza a carga
nos circuitos de entrada e permite uma ampla gama de aplicações.
ampla faixa de tensão de alimentação, tornando-o versátil e compatível
com diferentes configurações de circuitos.
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2. 4 Filtros ativos
Filtros ativos referem-se a circuitos eletrônicos que utilizam componentes
ativos, como amplificadores operacionais, para realizar filtragem de sinais elétricos.
Eles são contrastados com filtros passivos, que usam componentes passivos, como
resistores, capacitores e indutores, para realizar a filtragem.
A principal vantagem dos filtros ativos é a capacidade de amplificar e moldar
os sinais enquanto filtram frequências indesejadas. Isso proporciona maior
flexibilidade e controle sobre o comportamento do filtro. Aqui estão alguns tipos
comuns de filtros ativos:
Filtro Passa-Baixa Ativo:
corte.
Filtro Passa-Alta Ativo:
corte.
Filtro Passa-Banda Ativo:
Filtro Rejeita-Banda Ativo (ou Notch):
outras.
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Filtro Shelving (ou Filtro de Prateleira):
abaixo de uma determinada frequência.
Filtro Paramétrico:
em frequência.
Filtro Ativo de Segunda Ordem:
proporcionando uma inclinação de atenuação de - 12 dB por oitava.
banda de segunda ordem.
Os amplificadores operacionais (op-amps) são frequentemente empregados
em filtros ativos devido às suas características de ganho e alta impedância de entrada.
A escolha do tipo de filtro ativo depende das necessidades específicas da aplicação,
como as características desejadas da resposta em frequência e a seletividade do filtro.
Esses filtros são amplamente utilizados em eletrônica de áudio, telecomunicações,
processamento de sinal e diversas outras aplicações.
Filtro Passa Alta do ECG
A filtragem do sinal é feita primeiramente pelo seguinte filtro passa alta:
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2
6
− 6
2
2
2
O ganho total deste filtro (𝐴𝑉 × 𝐺𝑉𝑝𝑎) é:
Filtro Passa Baixa do ECG
Após passar pelo filtro passa alta, o sinal vai para o seguinte filtro passa baixa
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Para o seu equacionamento começamos calculando seu ganho que é dado por:
𝑓
𝑔
Neste caso o resistor 𝑅
𝑓
é um curto circuito, ou seja, resistência = 0Ω e o
resistor 𝑅
𝑔
é inexiste, ou seja, resistência = ∞Ω. Com isso temos:
Observamos que este amplificador está com uma configuração de ganho
unitário, sendo assim um buffer.
A frequência de corte deste filtro é dada por:
1
1
3
− 9
− 3
A atenuação deste filtro para uma frequência de 1,1667Hz que equivale a uma
frequência cardíaca de 70bpm (frequência cardíaca média de homens entre 18 e 65
anos) é calculada da seguinte forma:
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3.1 Materiais Utilizados
Foram utilizados os seguintes materiais e componentes na montagem do
projeto:
