Y en base al material estudiado contestar las siguientes preguntas:
1. Cómo se convierte un número de su forma polar a su forma cartesiana y viceversa
2. Como se convierte un número de su forma polar a su forma compleja y viceversa
3. Cómo se convierte un número de su forma fasorial a su forma polar y viceversa
4. Favor de hacer una tabla en la que pongas por un lado los filtros de 1o, 2do y 3er orden y del otro lado la cantidad de capacitores que tienen y en el caso de hacer su gráfico de Bode de Magnitud de que valor será la pendiente de c/u de estos filtros.
5. Explicar porqué es importante el análisis de fracciones parciales para el análisis de la función de transferencia.
6. Explicar en base al link de Filtros de segundo orden que estudió lo que es la frecuencia natural de oscilación, el coeficiente de amortiguamiento y cómo se distingue un sistema de 2do. orden crítico, sobre y subamortiguado.
7. Favor de dibujar el gráfico de Bode de un sistema de 2do orden crítico, sobre y subamortiguado.
Figura 1: Diagrama de Bode de Magnitud y de Fase de un filtro pasabajas
8. Si para hacer un filtro pasa bandas o rechazabandas debes de conectar un filtro pasabajas y un filtro pasa altas de 2do. Orden favor de hacer el análisis el gráfico de Bode de Magnitud y de Fase.
Figura 2: Gráfico de Bode de Magnitud de un filtro pasabandas
Figura 3: Gráfico de Bode de Magnitud de un filtro rechaza Bandas
9. De la Figura 2 del filtro pasabandas favor de definir, explicar y dar fórmulas de los siguientes conceptos:
Ancho de Banda (B o Bw)
frecuencia de resonancia (fr)
frecuencia baja (FL)
frecuencia alta (FH)
Factor de calidad (Q)
10: De la Figura 3 del filtro Rechazabandas favor de definir, explicar y dar fórmulas de los mismos conceptos del punto 9 pero ahora para el rechazabandas.
Hola alumnos, como les comenté a partír de esta clase iniciamos el material correspondiente a la 2da. Evaluación departamental, todos los cuestionarios que se pidan a partir de ahora deberán ser contestados e incluidos en otra carpeta que diga que son para el 2do. Departamental.
Aquellos alumnos que se inscribieron más tarde debido a que solicitaron SOBRECUPO deberán contestar todos sus cuestionarios y verificar que aparezcan en las listas oficiales de lo contrario no se podrá asentar su calificación.
NO OLVIDEN QUE LA MATERIA ES TEÓRICO-PRÁCTICA y es requisito también el aprobar el laboratorio para poder asentar una calificación aprobatoria de Teoría.
Continuemos con el programa y los contenidos de ésta clase.
CLASE # 6
FILTROS ACTIVOS PARA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES
(1a Parte Repaso)
En esta clase vamos a empezar con la importancia de la transformada de Laplace en el análisis de circuitos eléctricos RC y RL combinados con amplificadores operacionales, ustedes ya han tomado estas clases en sus cursos de Sistemas Dinámicos, e instrumentación y Control y ya deben estar familiarizados con éste tipo de análisis de circuitos, nosotros estamos dando esta revisión previa porque este tipo de análisis es muy importante para diseñar los filtros activos para la obtención de los biopotenciales.
Para los que deseen hacer un repaso de estos conocimientos existen textos en Español e Inglés que explican el tema, de nuevo les anexo el link de un texto
ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d
ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO.
El tema de filtros activos aparece en el capítulo 3, página 108 de este texto.
Para los que no dominen bien el Inglés existe un texto en Español, les anexo su ficha bibliográfica:
García Gonzales Ma. Teresa, Jiménez Gonzales Aida, Ortiz Pedroza Ma. del Rocío, Peña Castillo Miguel, "Potenciales bioeléctricos: origen y registro", Editorial UAM Unidad Iztapalapa, Primera Impresión año 1998, Cd. de México.
Aquí les anexo la portada.
Favor de ver los siguientes videos:
Video 1: Importancia de las transformadas de Laplace para el análisis de circuitos con amplificadores operacionales
Video 2: Importancia de la Función de Transferencia para el ánalisis de circuitos con amplificadores opearcionales
Video 3: Ejercicio de análisis de circuito con amplificadores operacionales
Video 4: Diagramas de Bode a partir de la función de Transferencia
Video 5: Obtención de diagrama de Bode de Magnitud y Fase, y después dibujo generado por MATLAB
Video 6: Obtención de diagrama de Bode de Magnitud y Fase y después análisis asintótico de las gráficas de Bode de Magnitud y Fase
En base a lo estudiado y visto en la presentación, más los conocimientos previos de otras materias, favor de contestar el siguiente cuestionario:
1. ¿Porqué es importante el tener conocimientos previos de Algebra y Transformadas de Laplace para poder hacer el análisis de circuitos con Resistencias, Capacitores y Bobinas que además contienen Amplificadores Operacionales (OPAMs)? (Ver videos 1 y 2)
2. Definir y explicar los conceptos de Resistencia, Bobina, Capacitor, Impedancia, Admitancia, Reactancia Capacitiva y reactancia Inductiva.
3. Favor de buscar tablas, dibujar el circuito y poner los valores equivalentes de:
a) 2 Resistencias iguales en serie y en paralelo
b) 2 Capacitores iguales en serie y en paralelo
c) 2 Bobinas iguales en serie y en paralelo
3. Favor de buscar tablas, dibujar el circuito y poner los valors equivalentes de:
a) 2 Resistencias distintas R1 y R2 en serie y en paralelo
b) 2 Capacitores distintos C1 y C2 en serie y en paralelo
c) 2 Bobinas distintas L1 y L2 en serie y en paralelo.
4. Favor de dibujar y poner las fórmulas que realacionan el voltaje v(t) vs la corriente i(t) de:
a) La resistencia
b) El capacitor
c) La bobina
5. Favor de Obtener la transformada de Laplace de las fórmulas del problema 4 de Resistencia, Capacitor y Bobina.
6. Favor de dibujar circuitos RC, RL y RLC en serie y en paralelo y sacar su impedancia equivalente y resolver.
7. Favor de explicar ¿Qué es y para que sirve el obtener la función de transferencia de un circuito eléctrónico con OPAMs, Capacitores, Bobinas y Resistencias y cómo analizarías esa F.T. antes de antitransformar los resultados.
8. Favor de dibujar configuraciones de circuitos derivadores e integradores RC de 1er Orden con OPAM's y hacer el análisis para la obtención de su Función de Transferencia
9. Favor de dibujar configuraciones de circuitos derivadores e integradores RC de 2do Orden con OPAM's y hacer el análisis para la obtención de la Función de Transferencia
10: Favor de Dibujar los diagramas de Bode de Magnitud y Fase de los circuitos derivadores e integradores RC de 1er y 2do Orden con OPAM's y decir según el Bode de Magnitud si son circuitos Pasa Bajas o Pasa Altas y cuál es la pendiente en DB/DECADA de c/u de estos circuitos.
De hecho este tema ya lo deben tener bien aprendido desde sus clases de circuitos electrónicos, el amplificador de instrumentación básico se puede realizar utilizando 3 amplificadores operacionales básicos y una serie de resistencias en un arreglo como el siguiente:
Figura 1: Amplificador de instrumentación de 3 OPAMs
Y se puede hacer el análisis por nodos para obtener la función de transferencia simplificando la tarea un poco a la hora de separar la etapa pre amplificadora de la etapa diferencial, ustedes ya deben de conocer bien todas las configuraciones de OPAM'S
Figura 2: Etapas pre amplificadora y diferencial de un amplificador de instrumentación
Para aquellos que no las recuerdan bien les anexo la siguiente imagen:
Figura 3: Algunas configuraciones de amplificadores operacionales y sus voltajes de salida, relacionados con los voltajes de entrada.
Ahora bien el analisis del circuito en la configuración AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN por NODOS les aparece en los videos 1 y 3, y en el video 2 aparecen algunos de sus usos y aplicaciones para obtener señales biomédicas.
Video 1
Video 2
Video 3
Otro de los puntos básicos a la hora de diseñar un amplificador de instrumentación con OPAM's para uso biomédico es la consulta de los datasheets de los circuitos que se pueden usar para hacerlo, en este caso para fines de explicación escogeré dos DATASHEETS de amplificadores operacionales que se utilizan frecuentemente en este tipo de diseños.
Obvio que todo buen ingeniero puede utilizar una infinidad de componentes distintos en sus diseños, esto se debe principalmente a la facilidad de conseguirlos dentro de sus respectivos países.
En la actualidad, ya existen amplificadores de instrumentación en paquete esto es que dentro de cada C.I. ya están contenidos los 3 OPAM'S obvio que esto ayuda un poco pero también puede complicar pues en muchos de estos circuitos sólo se puede cambiar la resistencia para dar la ganancia y no es posible variar el CMRR. Tal es el caso del conocido circuito AD620 cuyo DATASHEET pueden consultar en el siguiente link:
Antiguamente, los ingenieros contaban con manuales de circuitos de papel para consultar los circuitos que les interesaba utilizar y sus características, eso sigue siendo una buena práctica para los ingenieros pues muchos de ustedes cuando sólo consultan desde sus dispositivos las hojas de especificaciones técnicas de estos circuitos se enfocan sólo en cómo se conectan las patitas de los circuitos y no analizan bien todas las características del producto que están utilizando lo cuál redunda mucho en la calidad y el uso del producto que están utilizando.
Como les comentaba, esto es sólo un repaso de lo que ustedes ya deben conocer de otras materias que ya deben de haber cursado, en caso contrario les toca a ustedes la responsabilidad de estudiar más a fondo este tema, aquí yo sólo me concentraré en la función de transferencía del amplificador de instrumentación y otras caracterísitcas que considero de interés.
Los que deseen profundizar más sobre este tema pueden consultar el libro de Webster, en el capítulo 3, les anexo el link, nuevamente:
ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d
ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO.
Como comentabamos con anterioridad lo importante en cada uno de estos amplificadores de intrumentación de OPAM'S es llegar a obtener la función de transferencia que si bien recordarán vieron cuando estudiaron el capítulo 1 del libro de Webster.
Figura 4: Valor de amplificación diferencial y a modo común de un amplificador de instrumentación de 3 OPAMs
Figura 5 Uno de los puntos de ajuste de ganancia de un amplificador de instrumentación
Figura 6 Amplificador de instrumentación con una resistencia variable :D
Ahora bien, ya que tenemos esta función de transferencia es importante el poder hacer el cálculo de las resistencias del circuito que nos darán la ganancia, pero también es importante el recordar que cuando se hace un diseño con OPAM's discreto es importante hacer también el ACOPLO DE IMPLEDANCIAS ENTRE LAS DISTINTAS ETAPAS, y en el caso del amplificador de instrumentación tienen 2 etapas, la etapa pre amplificadora y la etapa diferencial.
Con todos estos conocimientos más la tarjeta de transductores que hicieron de la tabla 1.1 del webster podremos empezar a trabajar en el diseño de nuestros amplificadores de instrumentación para obtener las distintas señales de los biopotenciales. :D
Favor de hacer las siguientes actividades y contestar las preguntas:
1. Hacer el análisis de nodos completo de un amplificador de instrumentación de la figura 1 utilizando impedancias y obtener la Función de Transferencia del mismo (Recuerden que cuando se trabaja con impedancias están trabajando en el plano S y utilizan Transformadas de Laplace.
2. Explicar porqué estoy sugiriendo que se utilice impedancias y Transformada de Laplace para el análisis de este circuito, justificar su respuesta.
3. Explicar en base al análisis de los DATASHEETS de los OPAM LM741 y TL081 ¿Cuál es más conveniente para ser usado en los diseños de circuitos de uso biomédico y en la obtención de las señales de Biopotenciales y justificar su respuesta.
4. De la Figura 4, Podrían ¿explicar la diferencia entre ganancia a modo diferencial y ganancia a modo común? de un amplificador de instrumentación.
5. En la figura 5 aparece una resistencia que se puede variar para ajustar la ganancia de un Amplificador de instrumentación, ¿Podrían indicar otra resistencia dentro de ese circuito que sirva para ajustar o dar más ganancia a un amplificador de instrumentación? indicar cuál es y en donde se localiza.
6. De la figura 6, explicar ¿Porqué razón se varia R3? y ¿Cuál es el propósito de hacerlo?
7. Favor de explicar que es el CMRR ¿Cuál es su fórmula y sus unidades?
8. Favor de explicar todas las características, ventajas y desventajas del uso del circuito integrado (CI)
AD 620.
9. Haciendo uso de la tabla 1.1 del Webster que ya deben tener enmicada, favor de hacer el cálculo de los valores de las resistencias del amplificador de instrumentación para obtener la señal de ECG.
10. Haciendo uso de la tabla 1.1 del Webster que ya deben tener enmicada, favor de hacer el cálculo de los valores de las resistencias del amplificador de instrumentación para obtener la señal de EEG.
NOTA: LA PRIMERA EVALUACIÓN DEPARTAMENTAL SERÍA HASTA ESTE CUESTIONARIO
NO OLVIDAR ENTREGAR TODOS LOS CUESTIONARIOS RESUELTOS EN UNA SOLA CARPETA PARA SU EVALUACIÓN :D
Antes que nada de nuevo les paso el link del webster del que tienen ya tarea anterior:ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d
ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO
No olviden que ya les había dejado de tarea que bajaran la tabla 1.1 del capítulo 1 del webster y la enmicarán para hacer una tarjeta de consulta porque la vamos a utilizar de forma constante no sólo en este curso sino en varios más.
Tampoco olviden que ya les había dejado de tarea que estudiasen el capítulo 1 del texto.
Favor de ver los siguientes videos:
Video 1
Video 2
A continuación nuevamente les voy a pasar sólo algunas de las diapositivas de power point que tengo porque el archivo es muy extenso, los que deseen el archivo completo de esta presentación de Transductores deben solicitarlo a través de mi email para ver si cabe bien por ahí.
Figura 1: Portada de la presentacion power point
Figura 2: Esquema general de un equipo de instrumentación biomédica
Figura 3: Proceso de diseño de instrumentos biomédicos
Figura 4 Bloques que componen un sistema de instrumentación biomédica
Figura 5: diferencias entre transductor, sensor, actuador y señal
Figura 6: Principios Generales de Transducción
Figura 7.1 Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método de Sensado estándar
Figura 7.2 Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método de Sensado estándar
Figura 7.3 Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método de Sensado estándar
Figura 8 Algunos efectos de transducción utilizados
Figura 9. Algunos tipos de señales biomédicas
Favor de contestar el siguiente cuestionario:
1. Del libro de Webster capítulo 1, explicar las carácterísticas estáticas y dinámicas de un equipo biomédico.
2. De las figuras 2 y 4 explicar y describir claramente c/u de los bloques del esquema general de un equipo de instrumentación biomédica.
3. De la figura 5 explicar y describir claramente que es un sensor, un transductor, un actuador y que se entiende por señal a medir.
4. De la figura 6 explicar la diferencia entre un sensor y un transductor y explicar porqué es importante convertir a una señal de tipo eléctrico lo que se desea medir.
5. De las tablas de las figuras 7.1, 7.2 y 7.3 en que aparecen descritas las señales biomédicas de interés, los rangos y las frecuencias así como el tipo de transductor utilizado en Español, explicar ¿porqué razón les pido que se aprendan eso en idioma inglés?
6. En la figura 3, viene el proceso de diseño de instrumentos biomédicos, podrían hacerme una descripción clara de ¿cómo realizarían el proceso de diseño de un instrumento biomédico en su país, desde la concepción de su idea en el laboratorio, hasta su registro de patente y aprobación de acuerdo a las autoridades sanitarias para poder comercializarlo y utilizarlo de forma segura en sus pacientes ?
7. Explicar ¿porqué es muy importante para el registro y comercialización de un instrumento biomédico el que cuente con un datasheet completo con todas sus especificaciones técnicas?
8. Explicar ¿cómo realizarían las mediciones de todos los parámetros necesarios para poner en el data sheet.?
9. Explicar ¿que entiende por las características estáticas: linealidad, Resolución, exactitud, precisión y rango de medida?
10. Explicar ¿cómo podría calcular o medir las características dinámicas de un equipo de instrumentación biomédica?
CLASE # 3 PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN, SINAPSIS Y UNIÓN MIO NEURAL
Ver el siguiente los siguientes videos
Y atender la siguiente explicación:
Como vimos la clase anterior, es muy importante que uds. como alumnos cuenten con buenas bases de fisiología para entender lo que estamos estudiando.
Cómo vimos los potenciales de acción pueden viajar a través de la neurona y pasan de una neurona a la otra a través de la sinapsis neuronal, pero en algunas neuronas viaja más rápido que en otras porque existen neuronas que tienen una vaina de mielina y en estas el impulso viaja más rápido debido a los nódulos de ranvier.
Figura 1
Figura 2
En realidad lo que está pasando es que el potencial de acción está viajando en una dirección, y de nuevo les paso la figura de ese potencial de acción, no olviden que esto lo vimos en las clases anteriores.
Figura 3
Figura 4
Pero una vez que llegan al músculo esquelético esos impulsos nerviosos pasan a provocar la contracción del músculo gracias a que el impulso se transmite al músculo a través de la unión neuro muscular
Figura 5
Figura 6
Figura 7
Pero volviendo al potencial de acción éste tambien se puede transmitir a otro tipos de músculos que tienen distintas características histológicas como es el caso del músculo cardiaco cuyas carácterísticas histológicas son las siguientes:
Figura 8
Figura 9
Figura 10
Figura 11
CUESTIONARIO DE TAREA
En base a lo visto en los videos y la explicacion contestar el siguiente cuestionario:
1. De las figuras 1 y 2 favor de explicar cuantos tipos diferentes de neuronas existen.
2. De las figuras 1 y 2 favor de explicar porqué ocurre el impulso saltatorio y cuál es su importancia
3. De las figuras 3 y 4 favor de explicar la sinapsis neuronal y su importancia
4. De las figuras 5 y 6 explicar como están formados los sitios de la unión neuro-muscular y cuál es su importancia.
5. De la figura 7 favor de explicar ¿cómo se contrae el músculo esquelético?
6. De las figuras 6 y 7 favor de explicar la estructura histológica del músculo y¿ que es el sarcómero?
7. De la figura 8, favor de explicar la estructura histológica del músculo cardiaco y ¿cuál es su importancia?
8. De los videos y de la figura 8, podrías explicar los diferentes tipos de tejidos que hay en el corazón y cuál es su importancia.
9. De la figura 9 y 10 ¿ Podrías explicar a que se debe que en el potencial de acción del músculo cardiaco aparezca una meseta?
10 De la figura 11 ¿Favor de explicar el origen de la señal de ECG?
FINALMENTE FAVOR DE CHECAR EL SIGUIENTE LINK
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