Model Sirkuit EKG Otomatis: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Tujuan dari proyek ini adalah untuk membuat model sirkuit dengan beberapa komponen yang dapat memperkuat dan menyaring sinyal EKG yang masuk secara memadai. Tiga komponen akan dimodelkan secara individual: penguat instrumentasi, filter takik aktif, dan filter bandpass pasif. Mereka akan digabungkan untuk membuat model sirkuit EKG akhir. Semua pemodelan dan pengujian sirkuit dilakukan di LTspice, tetapi program simulasi sirkuit lainnya juga akan berfungsi.

Langkah 1: Penguat Instrumentasi

Ini akan menjadi komponen pertama dari model EKG lengkap. Tujuannya adalah untuk memperkuat sinyal EKG yang masuk, yang awalnya akan memiliki tegangan yang sangat rendah. Saya memilih untuk menggunakan menggabungkan op-amp dan komponen resistif dengan cara yang akan menghasilkan keuntungan 1000. Gambar pertama menunjukkan desain penguat instrumentasi yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan perhitungan yang dilakukan. Setelah sepenuhnya dimodelkan, analisis transien sinyal input sinusoidal 1 mV pada 75 Hz dilakukan di LTspice untuk mengkonfirmasi penguatan 1000. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini.

Langkah 2: Filter Takik Aktif

Ini akan menjadi komponen kedua dari model EKG lengkap. Tujuannya adalah untuk melemahkan sinyal dengan frekuensi 60 Hz, yang merupakan frekuensi gangguan tegangan saluran AC. Ini mendistorsi sinyal EKG, dan biasanya ada di semua pengaturan klinis. Saya memilih untuk menggunakan kombinasi op-amp dengan komponen resistif dan kapasitif dalam konfigurasi filter notch twin-T. Gambar pertama menunjukkan desain filter takik yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan perhitungan yang dilakukan. Setelah sepenuhnya dimodelkan, sapuan AC dari sinyal input sinusoidal 1 V dilakukan dari 1 Hz - 100 kHz di LTspice untuk mengkonfirmasi takik pada 60 Hz. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini. Sedikit variasi dalam hasil simulasi dibandingkan dengan hasil yang diantisipasi kemungkinan karena pembulatan yang dilakukan saat menghitung komponen resistif dan kapasitif dari rangkaian ini.

Langkah 3: Filter Pasif Bandpass

Ini akan menjadi komponen ketiga dari model EKG lengkap. Tujuannya adalah untuk menyaring sinyal yang tidak berada dalam kisaran 0,05 Hz - 250 Hz, karena ini adalah kisaran khas EKG dewasa. Saya memilih untuk menggunakan kombinasi komponen resistif dan kapasitif sehingga cutoff high pass menjadi 0,05 Hz dan cutoff low pass menjadi 250 Hz. Gambar pertama menunjukkan desain filter bandpass pasif yang dimodelkan dalam LTspice. Gambar kedua menunjukkan persamaan yang relevan dan perhitungan yang dilakukan. Setelah sepenuhnya dimodelkan, sapuan AC dari sinyal input sinusoidal 1 V dilakukan dari 0,01 Hz - 100 kHz di LTspice untuk mengkonfirmasi frekuensi cutoff pass tinggi dan rendah. Gambar ketiga menunjukkan hasil analisis ini. Sedikit variasi dalam hasil simulasi dibandingkan dengan hasil yang diantisipasi kemungkinan karena pembulatan yang dilakukan saat menghitung komponen resistif dan kapasitif dari rangkaian ini.

Langkah 4: Menggabungkan Komponen Sirkuit

Sekarang semua komponen telah dirancang dan diuji secara individual, mereka dapat digabungkan secara seri sesuai urutan pembuatannya. Ini menghasilkan model rangkaian EKG penuh yang pertama-tama berisi penguat instrumentasi untuk memperkuat sinyal 1000x. Kemudian, filter takik digunakan untuk menghilangkan noise tegangan saluran AC 60 Hz. Terakhir, filter bandpass tidak mengizinkan sinyal melewati yang berada di luar kisaran EKG dewasa yang khas (0,05 Hz - 250 Hz). Setelah digabungkan, seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama, analisis transien dan sapuan AC penuh dapat dilakukan di LTspice dengan tegangan input 1 mV (sinusoidal) untuk memastikan komponen bekerja sama seperti yang diantisipasi. Gambar kedua menampilkan hasil analisis transien, yang menunjukkan penguatan sinyal dari 1 mV menjadi ~0,85 V. Ini berarti bahwa komponen filter takik atau bandpass sedikit melemahkan sinyal setelah awalnya diperkuat 1000x oleh penguat instrumentasi. Gambar ketiga menampilkan hasil sapuan AC. Plot Bode ini menunjukkan cutoff pass tinggi dan rendah yang cocok dengan plot Bode filter bandpass ketika diuji satu per satu. Ada juga sedikit penurunan sekitar 60 Hz, di mana filter takik bekerja untuk menghilangkan suara yang tidak diinginkan.