Circuito de eletrocardiograma: 4 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Olá! Este foi escrito por dois alunos que estão atualmente estudando Engenharia Biomédica e tendo aulas de circuitos. Criamos um ECG e estamos muito animados em compartilhá-lo com você.

Suprimentos

Os suprimentos básicos que serão necessários para este projeto incluem:

- breadboard

- resistores

- capacitores

- amplificadores operacionais (LM741)

- eletrodos

Você também precisará dos equipamentos eletrônicos listados:

- Fonte de alimentação DC

- Gerador de funções

- Osciloscópio

Etapa 1: amplificador diferencial

Por que isso é necessário?

O amplificador diferencial é usado para amplificar o sinal e reduzir o ruído que pode ocorrer entre os eletrodos. O ruído é reduzido tomando a diferença de voltagem dos dois eletrodos. Para determinar os valores de resistor necessários, decidimos que queríamos que o amplificador criasse um ganho de 1000.

Como é construído?

Para isso, foi utilizada a equação de ganho de um amplificador diferencial, a matemática pode ser encontrada na imagem anexa. No cálculo, verificou-se que os valores do resistor deveriam ser 100Ω e 50kΩ. No entanto, como não tínhamos um resistor de 50 kΩ, usamos 47 kΩ. A configuração do amplificador diferencial para o LTSpice e a placa de ensaio pode ser vista na foto em anexo. O amplificador diferencial requer uma placa de ensaio para conectá-lo, 1 resistor de 100Ω, resistor de 6 x 47kΩ, 3 amplificadores operacionais LM741 e muitos fios de jumper.

Como testar?

Ao testar no LTSpice e no dispositivo físico, você quer ter certeza de que produz um ganho de 1000. Isso é feito usando a equação de ganho de ganho = Vout / Vin. Vout é a saída de pico a pico e Vin é a entrada de pico a pico. Por exemplo, para testar o gerador de função, eu colocaria 10 mV pico a pico no circuito, então deveria obter uma saída de 10V.

Etapa 2: Filtro de entalhe

Por que isso é necessário?

Um filtro de entalhe é criado para eliminar o ruído. Como a maioria dos edifícios tem corrente CA de 60 Hz, o que criaria ruído no circuito, decidimos fazer um filtro de entalhe que atenuaria o sinal a 60 Hz.

Como construir?

O design do filtro de entalhe é baseado na imagem acima. As equações para calcular os valores dos resistores e capacitores também estão listadas acima. Decidimos usar uma frequência de capacitores de 60 Hz e 0,1 uF, pois é um valor de capacitor que tínhamos. Ao calcular as equações, descobrimos que R1 e R2 são iguais a 37, 549 kΩ e o valor de R3 é 9021,19 Ω. Para poder criar esses valores em nossa placa de circuito, usamos 39 kΩ para R1 e R2 e 9,1 kΩ para R3. No geral, o filtro notch requer 1 x resistor de 9,1 kΩ, 2 x 39kΩ resistor, 3 x 0,1 uF capacitor, 1 amplificadores operacionais LM741 e muitos fios de jumper. O esquema para a configuração do filtro de notch para o LTSpice e a placa de ensaio são em uma imagem acima.

Como testar?

A funcionalidade do filtro de entalhe pode ser testada fazendo uma varredura AC. Todas as frequências devem passar pelo filtro, exceto 60 Hz. Isso pode ser testado no LTSpice e no circuito físico

Etapa 3: Filtro passa-baixa

Por que isso é necessário?

Um filtro passa-baixa é necessário para reduzir o ruído de seu corpo e da sala que nos rodeia. Ao decidir a frequência de corte para o filtro passa-baixa, era importante considerar que um batimento cardíaco ocorre de 1 Hz a 3 Hz e as formas de onda que compõem o ECG são próximas a 1-50 Hz.

Como construir?

Decidimos fazer a frequência de corte de 60 Hz para que ainda pudéssemos obter todos os sinais úteis, mas também cortar o sinal desnecessário. Ao determinar que a frequência de corte seria 70 Hz, decidimos escolher o valor do capacitor de 0,15uF, pois é o que tínhamos em nosso kit. O cálculo do valor do capacitor pode ser visto na imagem. O resultado do cálculo foi um valor de resistor de 17,638 kΩ. Optamos por usar um resistor de 18 kΩ. O filtro passa-baixo requer 2 x 18kΩ resistor, 2x0,15 uF capacitor, 1 amplificador operacional LM741 e muitos fios de jumper. O esquema do filtro passa-baixo para o LTSpice e o circuito físico pode ser encontrado na imagem.

Como testar?

O filtro passa-baixa pode ser testado usando uma varredura CA no LTSpice e no circuito físico. Ao executar a varredura AC, você deve ver que as frequências abaixo do corte permanecem inalteradas, mas as frequências acima do corte começam a ser filtradas.

Etapa 4: projeto completo

Quando o circuito estiver completo, ele deve se parecer com a imagem acima! Agora você está pronto para colocar os eletrodos em seu corpo e ver seu ECG! Junto com o osciloscópio, o ECG também pode ser exibido no Arduino.