informe final - lab. circuitos electrónicos ii - proy. electrocardiograma

7/30/2019 Informe Final - Lab. Circuitos Electrnicos II - Proy. Electrocardiograma

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INFORME FINAL N1

PROFESORA: HILDA NUEZ

ALUMNOS:

Cuicapuza Suarez Christian Issami 11190133

Saldaa Tuesta Jhon Erick 11190047Nieves Legua Michael 11190014


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ESTETOSCOPIO ELECTRNICOINTRODUCCIN:

En nuestros tiempos, el estetoscopio tambin conocido como fonendoscopio, es un

dispositivo usado en medicina para or los sonidos internos del cuerpo humano; fue inventadopor Ren -Thophile- Hyacinthe Laennec en 1816. Generalmente usado en la auscultacin de los

latidos cardacos o lo ruidos respiratorios mayormente, aunque algunas veces, tambin se usa

para objetivar otros ruidos, por lo que estos dispositivos no solamente son tiles para los

doctores.

Un amplificador detector de vibraciones, o estetoscopio electrnico, es no slo un

aparato en extremo til, sino tambin un artefacto con aplicaciones curiosas, aun en trabajos

no tcnicos. Con l un operador puede escuchar sonidos virtualmente inaudibles en la

maquinaria, o puede escuchar, como si fueran piezas pesadas, es una de las herramientas

utilizadas en operaciones de bsqueda y rescate en emergencia LPA (Localizador de Personas

Atrapadas), basan su funcionamiento prolongando el sentido del odo humano mediante sistemaselectrnicos. La curiosidad que causa este apa rato es nica, no slo por las aplicaciones prcticas,

si no por el hecho de que su creacin fue la consecuencia de la curiosidad de una persona.

ESTETOSCOPIO ELECTRNICO (CON TRANSISTORES):

Este instrumento de transistores es relativamente fcil de armar, barato y fcil de usar.

Puede ser til para cerrajeros, mecnicos, detectives y reparadores en general.

El estetoscopio electrnico de transistores consta de tres partes: a) un transductor deentrada que convierte las vibraciones mecnicas en seales elctricas; b) unamplificador de audio, c) un transductor de salida, que convierte las seales elctricas en sonidos.En el modelo de autor, in pastilla de cristal de gramfono sirve como transductor de entrada y

un audfono como transductor de salida. El amplificador es un circuito de tres pasos.

Refirindose a la figura 1, vemos que el amplificador se emplea dos transistores PNP y unoNPN, con acoplamiento directo entre pasos. El acoplamiento directo garantiza una buenacaracterstica de baja frecuencia y evita el uso de transformadores y otras piezas especiales. Elprimer paso es un amplificador de colector a tierra, y se usa para proporcionar una buenaadaptacin entre la alta impedancia del sensor de cristal y la baja impedancia del siguiente paso.Despus del paso de colector a tierra, que casi no da ganancia, hay un amplificador

complementario de dos pasos en cascada.

ESTETOSCOPIO ELECTRNICO :

Los estetoscopios estndares no proporcionan ninguna amplificacin, lo que viene alimitar su uso, en la figura b) se muestran un estetoscopios estndar . Este circuito utilizacircuitos amplificadores operacionales diferenciales para amplificar ms que un estetoscopioestndar e incluye filtros activos pasa banda para eliminar frecuencias indeseadas y el ruidode fondo.


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Un estetoscopio electrnico como se ha indicado puedetener una considerable mejora sobre un estetoscopio acstico.Este es ms sensible, tiene una mejor respuesta a la frecuenciay tiene un control de volumen para reducir el nivel cuandoel ruido es molesto. El estetoscopio electrnico es msadecuado, la potencia y ganancia con los auriculares unidos enparalelo reproducen el sonido en fase, ms natural por ambas

unidades auriculares.Analizaremos como funciona un estetoscopio

electrnico con CI y las etapas de las cuales est formado. Unestetoscopio electrnico en su funcionamiento lo que hace, esrecoger el sonido a analizar, luego amplificarlo y por ltimoenviarlo a los auriculares

DEFINICIONES

Antes de ver la parte de la sonda del estetoscopio debemos saber ciertas cosas sobre loselementos donde vamos a tarbajar

Frecuencia audible-0Hz a 20 Hz Infrasonido (odo grande, elefantes, tigres, etc) adems es la vibracin de losterremotos-20 Hz a 20000Hz Sonido audible por e ser humano-20KHz y ms aun ultrasonido (sonido escuchado por los recien nacidos, el examen del

ultrasonido, murcilago, el sonar del submarino, etc)

El llamado micrfono de condensador electret o, simplemente, electret, es una variantedel micrfono de condensador que utiliza un electrodo (fluorocarbonato o policarbonato

de fluor) lamina de plstico que al estar polarizado no necesita alimentacin. Que lasplacas estn polarizadas significa que estn cargadas permanentemente desde sufabricacin (se polarizan una sola vez y pueden durar muchos aos).-Los micrfonos electret tienen una respuesta en frecuencia bastante buena (50 a 15.000Hz), aunque lejana de la de los micrfonos de condensador, que son mucho ms sensiblesen la zona de los agudos). Adems, es una respuesta poco plana.

Piezoelctrico: Las ondas sonoras hacen vibrar el diafragma y, el movimiento de ste, haceque se mueva el material contenido en su interior (cuarzo, sales de Rochlle, carbn, etc).La friccin entre las partculas del material generan sobre la superficie del mismo unatensin elctrica.

La frecuencia del corazn humano es de alrededor de 1Hz, mientras que odo humanooscila entre 20 Hz y 16.000 Hz.. El hogar es normalmente la fuente de alimentacin 60 Hz,las ondas de radio AM estn en kilohertz, y las ondas de radio FM en mega Hertz.

Los condensadores de by-pass se ponen en las fuentes de alimentacin, para filtrar lasaltas frecuencias, que sean las variaciones muy rpidas en forma de picos. Lo que quierendecir es: El paso de las frecuencias altas "a tierra" o sea que las elimina. La incorporacinde condensadores de by-pass, no es imprescindible en los equipos analgicos, pero si quees necesario en los equipos digitales debido a los flancos muy abruptos de los pulsosdigitales.


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LA SONDA

Cuando utilizamos una sonda como receptor de sonidos, debemos tener en cuenta lossonidos que esperamos escuchar y segn el caso tenemos tres opciones:sonda por vibraciones, micrfono sonda y en caso de cardigrafos porinterferencia de luz.

Una sonda para vibraciones, puede ser un elementopiezoelctrico cermico conocido como 'buzzer' que nos permitircaptar las vibraciones procedentes de la carcoma, ruidos de unmotor o vibraciones ssmicas o similares. Otra aplicacin es, en lalocalizacin de personas que permanecen con vida en situaciones dederrumbes y terremotos en catstrofes.

Un elemento piezoelctrico, mostrado en la figura, cuando se usa como fuente de sonido,no puede producir frecuencias bajas, debido al pequeo tamao y rigidez del elemento que vibra, encambio, cuando se usa como detector, evidentemente tiene una buena respuesta en baja frecuencia.

Asimismo el pequeo diafragma de un micrfono no podra producir bajas frecuencias, por esto no es eficaz

en la recepcin de sper bajas frecuencias. La sonda piezo, se utiliza en contadas ocasiones y

responde a la necesidad de establecer el origen de ciertas vibraciones, es colocada en contacto directo con las

fuentes sospechosas de ruido y vibraciones.

Sin embargo para or los latidos del corazn, es ms

adecuado el empleo referentemente del micrfono sonda o en todo

caso la interferencia del rayo de luz sobre el flujo sanguneo. La imagen

de la derecha muestra el esquema de construccin del detector.

El ruido es recogido por la sonda, la mayor parte de sondas usan un

pequeo elemento de micrfono como sonda que recoge sonidos del aire,

los usados en clnicas de supervisin y cuidados intensivos, as como

en quirfanos por su comodidad y fiabilidad utilizan una pinza sobre

un dedo, en su interior un rayo de luz infrarroja es interceptado por el

flujo de la corriente sangunea y esto se amplifica y muestra

mediante un contador.

En algunas aplicaciones con un micrfono, la sonda no tiene que ponerse en contacto directo con la fuente

ruidosa. Para algunos ruidos, una sonda de micrfono es mejor, como se aplica cerca de la fuente de ruido, el

sonido en los auriculares se hace ms fuerte.

En nuestra aplicacin usaremos una sonda micrfono, para el cual emplearemos uno tipo 'electret' por su

alta impedancia, mostrado en la figura 3a. El elemento de micrfono en la sonda de micrfono se

conecta directamente a la entrada del preamplificados, la

seal obtenida del micrfono ataca la entrada de muy

alta impedancia del primer amplificador U1, requisito

necesario en el proyecto por las caractersticas exigidas.

Si lo que pretendemos es escuchar los latidos del corazn, esnecesario pensar que el cuerpo humano ejerce la funcin de

absorber gran parte de los sonidos generados, as que a la hora

de amplificar dichos sonidos tendremos mucho cuidado de

plantear los filtros adecuados en cada paso y siempre que

sea posible verificar mediante un osciloscopio si estn bien

aplicados, a su salida aplicaremos un amplificador de cierta

calidad. En la figura 3c se muestra el esquema de principio

del CI LM386 con una ganancia en tensin de 200.


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LA CAMPANA CAPTADORA

Hay un elemento decisivo la campana captora, si disponemos de una, es dondeaplicaremos el micrfono mediante un pequeo trozo de tubo de goma para que reciba lossonidos que la campana recoge y luego puedan amplificarse. Su construccin influye de gran

manera en los resultados.

Figura 4

Elementos que la componen, es muy simple pero efectivo, el cuerpo es de metal, el

diafragma es un disco de material elstico delgado rgido, el conducto, dondeconectamos el tubo de goma y micrfono y adems est la cmara que al ser cnica concentrar elsonido que le llega, as como se muestra en la figura 4.

DIAGRAMA DE BLOQUES


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MATERIAL DE TRABAJO

Partes Cantidad total Descripcin precio

R1 1 10K 1/4W Resistor S/. 0,10

R2 1 Resistencia 2.2K 1/4W S/. 0,10

R4 1 47K Resistor 1/4W S/. 0,10

R5, R6, R7 3 33K 1/4W Resistor S/. 0,30

R8 1 56K Resistor 1/4W S/. 0,10

R10 1 4.7K 1/4W Resistor S/. 0,10

R11 1 2.2K a Taper 10K Pot Audio S/. 0,10

R12 1 330K 1/4W Resistor S/. 0,10

R13, R15, R16 3 1/4W Resistor 1K S/. 0,30

R14 1 3.9 Ohm 1/4w resistor S/. 0,10

C1, C8 2 470uF 16V condensador electroltico S/. 0,80

C2 1 4.7uF 16V Capacitor electroltico S/. 0,10

C3, C4 2 0.047uF 50V Condensador metalizado Film Plstico S/. 0,80

C5 1 0.1uF 50V Capacitor de disco de cermica S/. 0,10

C6, C7 2 1000uF 16V condensador electroltico S/. 0,80

U1-4 4 741 Op-Amp S/. 3,20

U5 1 LM386 amplificador de potencia de audio S/. 1,50

MIC 1 Electret Micrfono del alambre S/. 0,50

J1 1 1/8 "para auriculares estreo S/. 1,00

Batt1, Batt2 2 9V batera alcalina S/. 5,00

LED 1 Rojo / Verde Dual Color LED de dos hilos S/. 0,80

MISC 1 cabeza de estetoscopio o tapa del frasco S/. 7,00

COAXIAL 1 cable de dos salidas y una tierra 1 metro S/. 2,00

cables conectores 1 cables de conexin protoboard S/. 1,00

gastos diversos fuera del circuito: protoboard pasajes etc. S/. 20,00

precio estimado de costo S/. 46,00

horas invertidas en el armado del circuito ---->20 horas S/. 40,00

valor agregado ala venta S/. 30,00

precio estimado de venta S/. 116,00


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EL ESQUEMA DEL CIRCUITO

El esquema como se ve, comprende una serie de filtros activos U1-U2 y U3, que se encargan de

filtrar y amplificar la seal de sonido que recogi la sonda y se entrega al amplificador de audio U5,quien se encarga de su optimizacin. U4 permite observar el ritmo de los sonidos captados por lasonda de forma ptica por el doble diodo LED D1.

As pues, la seal de salida del micrfono se amplifica mediante el amplificador U1, seenva a un filtro activo pasa banda de segundo orden, construido mediante el segundoamplificador U2 y la realimentacin obtenida por C4 y R7 (ver ms abajo este filtro), que nosentrega la seal convenientemente amplificada por U3, en este punto se deriva dicha seal, porun lado utilizando un amplificador U4, que activar un indicador ptico, un diodo led bicolor; porotro lado, la seal del amplificador U3, se aplica al amplificador de audio U5 en este caso de 1W,constituido por un LM386 con unos pocos componentes, con el que mediante unos auriculares de

alta impedancia, podremos escuchar los sonidos o los subsonidos captados.

En la prctica, despus de varios intentos y pruebas sobre este circuito y haber probadodistintos tipos de filtros para la segunda etapa, la ms crucial y determinante, encargada del filtroactivo pasa banda, que ha de ser muy elaborada, pues debe dejar pasar el soplo del sonidodetectado por la sonda (micro) y no la frecuencia introducida de red o ruidos circundantes, quenormalmente se reintroducen incluso por carga del cuerpo humano, finalmente he optado por elmostrado.

Se recomienda cortar todos los terminales de los componentes, lo ms cortos posible ascomo el cable coaxial desde el micrfono al circuito impreso, debe mantenerse bastante corto.Tener en cuenta que cuando trabajamos en amplificaciones de audio con frecuencias tan bajas,hasta las pistas del circuito impreso se comportan como antenas introduciendo ruidos en la propiaamplificacin.

Una premisa de seguridad, cuando se aplican electrodos o sondas sobre el cuerpohumano, se recomienda utilizar bateras para la alimentacin siempre que sea posible o en ltimocaso por seguridad, transformadores separadores galvnicos. Se debe considerar utilizar dosbateras o pilas de 9 Voltios, preferible a utilizar la energa de red de CA, por muy buena que sea lafuente de alimentacin, siempre se 'cuela' el molesto ruido de la ondulacin de alterna (CA).


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El filtro pasa banda original, parece confuso, a la derecha configurado como es msnormal. Cada uno puede realizar sus clculos de los filtros para comprender mejor su funcin ypruebe el que mejor se adapte a su caso, sin embargo estoy completamente seguro que stecumple las expectativas que se pretenden.

Debera emplearse dos filtros pasa bajos con banda pasante de 10Hz, seguidos de un par

de filtros pasa altos con una banda pasante de 100Hz, las resistencias a usar deben ser del 1% paraun valor mas preciso y lograr entre 60 y 80dB. En cuanto a las formulas, son las habituales:

Filtro pasa altos: Rpa = V2 / 2pi fc Cpa Filtro pasa bajos: Rpb = 1 / 2pi V2 fc CpbPara los clculos, los datos que disponemos son:Frecuencia de corte pasa altos fc = 10 Hz, C3 y C4 entre 1nf y 100nfFrecuencia de corte pasa bajos fc = 100Hz, C5 sobre 1uf

Ancho de banda

B=

B=30.4kHz

El operacional a usar es responsable de la calidad que quieras obtener, as pues, yo usaraun INA114 para instrumentacin o similar un bifet como el TL084. En el amplificador de audiooriginal se utilizaba un LM741, en esta actualizacin utilizaremos el amplificador de audio LM386con una configuracin que entrega una ganancia entre 20 y 200. El filtro pasa bajos pasivo desalida formado por C9 y R14, debe acercarse en sus valores a los descritos, su funcin es evitar enparte, los ruidos generados por los picos de la amplificacin recortndolos.


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SIMULACION DEL CICUITO


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2da conexin conector del osiloscopio hacia el lm386y la salida del sensor LED


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REALISACION PRACTICA

Debido al inters despertado por este artculo, me veo gratamente obligado a ampliar con detalles la

realizacin de este prctico estetoscopio con el circuito prctico del amplificador que incluye el pequeo

amplificador de audio para usar con auriculares.

El amplificador est compuesto bsicamente por tres amplificadores operacionales, configurando el primero

como amplificador de alta impedancia de entrada. La ganancia de un amplificador operacional [op-amp]

como inversor viene dada por la expresin de la derecha, as mismo, la impedancia de entrada del

amplificador, viene determinada por el valor que asignemos a R1.En nuestro caso necesitamos que las seales en modo comn no sean amplificadas para evitar el ruido de

los 50Hz provenientes de la red, esto lo conseguimos con el filtro activo pasa-banda de la figura para las

seales en modo comn. La seal a la salida de este amplificador ya podramos utilizarla, sin embargo para

discriminar an ms la seal del ruido utilizamos un nuevo filtro activo en el tercer amplificador. El montaje

se puede realizar con un CI LM324 para que sea ms compacto, el cual contiene 4 amplificadores

diferenciales en la misma cpsula, idnticos al LM741.Aprovechando mi experiencia con el amplificador LM386, ste requiere solo y unos pocos componentes,

funciona con alimentacin nica de 9V y auriculares estndar de alta impedancia con control de volumen,

conectando ambos auriculares en paralelo obtenemos el efecto envolvente, mejor que ponerlos en serie, lo

que producira un retardo por desfase en la audicin.En el circuito estetoscopio electrnico mostrado arriba, el LM386 en el esquema general, no funciona a su

mxima ganancia de tensin aproximada de 200 [46dB]; R11 es el control de volumen. En circuitos que usan

el LM386, si se omite C6 entre las patillas 1 y 8, la ganancia aproximadamente es 20 [26dB] y el condensador

bypass C8 no se necesita. Se pueden obtener ganancias intermedias conectando una resistencia 1.200ohmios en serie con C6; dan una ganancia aproximada de 50. R14 y C9 mejoran la estabilidad del

amplificador en alta frecuencia. En diferentes circuitos del LM386, utilizan el condensador C10 de bypass de

alimentacin, es muy importante para asegurar una amplificacin estable.El montaje del circuito lo hemos llevado a cabo mediante un tablero de pruebas ('protoboar'), como el que

se aprecia en la imagen de abajo. En dicha imagen se muestra la disposicin de los componentes como otra

ayuda al principiante y como referencia para no perdernos en el seguimiento del esquema. Puede apreciarse


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que hemos utilizado como siempre los componentes ms comunes y que resultan de fcil localizacin en el

comercio.

A la izquierda destaca el micro, tambin destacan los cinco CI, cuatro de ellos son el conocido LM741 y a la

derecha el amplificador de audio LM386. Se hace hincapi en la interconexin de este amplificador ya que

de l depende la calidad del sonido resultante. Puede utilizarse el circuito LM324 y obtener un montaje mscompacto, ver imagen siguiente.


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CONCLUSIONES

Durante cualquier investigacin que realiza uno como persona, se puede constatar porcuenta propia cualquier persona, que hay muchas cosas que desconocemos y que el principio dela ciencia y la tecnologa, es la curiosidad de conocer algo desconocido, este aparato es unamuestra fehaciente de que el hombre debe seguir siendo curioso, de los fenmenos que nosrodean, para darle solucin a un mayor nmero de problemas que nos rodean.

BIBLIOGRAFA

- http://www.hispavila.com/3ds/tutores/estetoscopio.htm

- http://audionirvanaforum.yuku.com/topic/370/Bypass-en-los-electrolticos#.UeYgSI3G95I

- http://www.aaroncake.net/circuits/steth.asp

- http://www.ingenieriadesonido.com/upload/Microfonos%20y%20conexionados%201.pdf

GALERIA

Foto del estetoscopio versin 1.0
http://www.hispavila.com/3ds/tutores/estetoscopio.htmhttp://www.hispavila.com/3ds/tutores/estetoscopio.htmhttp://audionirvanaforum.yuku.com/topic/370/Bypass-en-los-electrolticos#.UeYgSI3G95Ihttp://audionirvanaforum.yuku.com/topic/370/Bypass-en-los-electrolticos#.UeYgSI3G95Ihttp://www.aaroncake.net/circuits/steth.asphttp://www.aaroncake.net/circuits/steth.asphttp://www.ingenieriadesonido.com/upload/Microfonos%20y%20conexionados%201.pdfhttp://www.ingenieriadesonido.com/upload/Microfonos%20y%20conexionados%201.pdfhttp://www.ingenieriadesonido.com/upload/Microfonos%20y%20conexionados%201.pdfhttp://www.aaroncake.net/circuits/steth.asphttp://audionirvanaforum.yuku.com/topic/370/Bypass-en-los-electrolticos#.UeYgSI3G95Ihttp://www.hispavila.com/3ds/tutores/estetoscopio.htm


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CIRCUITO PRIMITIVO

informe final - lab. circuitos electrónicos ii - proy. electrocardiograma

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