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- - 0-7-01.52 REPORTE FINAL DE SEMINARIO DS FEEZOYECTOS 11.
T i t u l o t /Disef ío y construcción de una unidad modular
de enseñanza para l a medición y r e g i s t r o de
s e ñ a l e s f i s i o l ó g i c a s , basada en amplificado- I r e s b i o e l é c t r i c o s y una grabadora. /
Autores : J a v i e r Huacuja Romero, L Fernando J o s é Alvaree Cernera.
t Lugar donde s e d e s a r r o l l ó e l Froyecto : Area de I n g e n i e d a Biornédica I
Departamento de I n g e n i e d a _ _
U. A. M. Iztapaiapa. -- ----- ... - _ _ . _. ._
i - - - .
Asesores internos :
M. en C. litigue1 Cadena M. D r . Fernando P r i e t o H.
Julio de 1982.
-_
I.-
11,-
111.-
IV. - v.-
VI*-
I
INTRODUCCION.
GENERALIDAD3S.
N D I C E
DESARIIOLLO . DISCUSION
A€ ENDICES . B I BLIG G RAP1 A CONSULTADA.
.rl . . I
I
3.- INTRODUCCION.
Dentro de l a c a r r e r a de I n g e n i e r í a Biomédica surge
corno necesidad imperante l a de poner a l alumno en con-
t a c t o con l a instrumentación médica.
Los equipos para e l r e g i s t r o y la ’medic ión de seña-
l e s e l e c t r o f i s i o l ó g i c a s son usados hoy en d í a en prac-
ticamente c u a i q u i e r h o s p i t a l de l p d s . Resulta entonces
necesar io que e l f’uturo ingeniero biomédico s e familia-
r i c e durante l a c a r r e r a con l o s p r i n c i p i o s de funciona-
miento, operación, ap l i cac iones y mantenimiento de d i -
chos instrumentos*
En e s t e reporte s e d e t a l l a e l d i s e 5 0 y l a constmc-
ciÓn de un s is tema de modulación y demodulación de se-
f i d e s f i s i o l ó g i c a s para su r e g i s t r o en c i n t a magnética.
También s e descr ibe una unidad modular de ensefianza ba-
sada en e l s is tema de modulación mencionado, en ampli-
f i c a d o r e s b i o e l é c t r i c o s comerciales y en una grz?badora
de c a s s e t t e s . Esta unidad s e d e s t i n a r á a l o s I E b o r a t o -
r i o s de docencia de l á r e a de I n g e n i e r í a Bioinédica, con
e l f i n de que e s t é a l a lcance de l o s e s t u d i m t e s .
- - _- - _ _ _ - - __ -- - - - --
Una j u s t i f i c a c i ó n d e l proyecto es que una grabadora
de instrumentación con pos ib i l idad de r e g i s t r a r seña les
f i s i o l ó g i c a s p o r medio de l a modulación t i e n e un c o s t o
muy elevado en comparación con e l equipo d e s c r i t o aquí.
La unidad p e r m i t i r á obtener r e g i s t r o s de l o s s iguien-
tes t i p o s de seña les : electrocardiograma (ZCG), e l e c t r o -
.r encefdograma (EEG), temperatura corpora i , pres ión a r t e -
-.
4 ‘
. -
r i a l y o t r a s , dependiendo de cmé t ransductores e s t e n
disponibles . La unidad actualmente c o n s t a de un a m p l i -
f i c a d o r b i o e l é c t r i c o , un amplif icador modulador, un
sistema de modulación y demodulación en f r e c u e n c i a de
l a s s e ñ a l e s , l a s fuentes de al imentación correspondien-
t e s , un juego de e lec t rodos para r e g i s t r o de ECG, una
grabadora/reproductora de c a s s e t t e s y un mueble de ma-
dera que cont iene todo e l equipo y permite su trans-
p o r t ac i ón.
- .
-.
11.0 GBNBRALIDADES
a á r e a de I n g e n i e r í a Biomédica adquir ió v a r i o s ampli-
f i c a d o r e s b i o e l é c t r i c o s comerciales con e l f i n de formar
varios f i s i ó g r a f o s , y d e s t i n a r é s t o s a l a docencia. Gsta
compra s e hizo debido a que un f i s i ó g r a f o comercid. t i e -
ne un c o s t o muy a l t o , y s e pensó m e s e podría c o n s t n i i r
uno basado en e s t o s amplif icadores, dentro d e l área. ZS-
t e proyecto r e p r e s e n t a d a un ahorro considerable y Fer-
mitida a d q u i r i r c ierta exper ienc ia en el d e s a r r o l l o de
ins t rumentaci Ón b i omédica.
La configuración d e l s i s tema t i e n e como bloque c e n t r a l
al ampli f icador (cualquiera de los dos) , y en base a 61
se e l i g i e r o n o diseñaron l o s bloques compleaentarios
p a r e i n t e g r a r l a unidad. De acuerdo a l o s recyerimientos
d e l ampli f icador s e viÓ l a necesidad de i n c l u i r l o s s i -
guientes bloques dentro d e l s i s tema ( v e r figura l) :
- fuentes de a l imentación
- transductores
- procesamiento y almacenamiento de sefíales
- d i s p o s i t i v o de s a l i d a
- mueble p a r a contener a todos los componentes.
- -
- El diseño y l a construcción de l a unídzd s e r e a l i z ó
teniendo en mente que é s t a deber ía s e r mtocontenida y
de fácil t ranspor te para adecuarse a las condiciones de
un l a b o r a t o r i o de docencia.
&entes de alimentación. <c
Las fuentes de a l imentación constxuidzs proporcionan
los v o l t a j e s de 2 1 2 y 2 18 v o l t s requeridos p o r l o s
amplificadores. b i o e l é c t r i c o s . Los c i r c u i t o s de modula-
I
I
* 3 TRANSDUCTOR ' ) ATCl-LIFICA,DOR e- I
b
I
I i FUENTE Di3 ALI!iENTACION
. . . . . . . , .- - . . . .. . . . _ _ ~.. . L- - r --oL
I D I S OSITIVO Di3 SALIDA I
I I
FIGURA 1. Diagrama de bloques d e l s istema.
Nota: Se c o n s i d e r a que l a unidad de almacenaniento
y e l d i s p o s i t i v o de s d i d a t i e n e n sus fuentes
d e alimentación proFias . Los bloques opcionales s e u t i l i z a n en la modu-
l a c i ó n y demodulación. -.
i
!
\
ciÓn y demodulación funcionan con f 1 2 v o l t s . Las fuentes
e s t á n basadas en un transformador blindado con un secun-
dario & t i p l e , el cual. e s capaz de suminis t rar una co-
r r i e n t e t o t a l de 1.5 amperes. E n u n c i r c u i t o impreso s e
l o c a l i z a la f u e n t e de f 1 2 v o l t s ; en o t r o similar l a
fuente de 2 1 8 v o l t s ; y en un t e r c e r c i r c u i t o impreso
se construyeron los c i r c u i t o s de p r o t e c c i ó n c o n t r a
s o b r e v o l t a j e s para l o s cu&tro v o l t a j e s antes menciona-
dos. Además, cada uno de l o s v o l t a j e s cuenta con li-
mitación de c o r r i e n t e independiente.
Transduc t o r e s . F o r e l momento l a unidad cuenta unicamente con trans-
ductores de ZCG, e s d e c i r , e lectrodos de r e g i s t r o su-
p e r f i c i a l e s . Dichos e lec t rodos son placas. rectangula- i I
res de acero inoxidable con una banda e l 'ást ica p a r a t ia mantenerlos en p o s i c i ó n sobre l as extreinidades. SI. ca-
b l e s e f i j a a l a placa p o r medio de un conector t i p o
broche. €ara e l r e g i s t r o de l a s derivaciones precor-
d i a l e s s e u t i l i z a un e lec t rodo de succ ión comercial.
l
Los amplif icadores también pueden aceptar transduc-
t o r e s p a r a l a medición de las s i g u i e n t e s variables fi-
s i o l ó g i c a s : EXG, ZRG (e lectroret inograma) , EOG ( e l e c -
troocuiograma), EMG (eiectromiograma), pres ión a r t e -
r i a l , temperatura c o r p o r a l , nistagmo y o t r a s seña les
de c o r r i e n t e directa. .A f i n de medir cualquiera de es- * tas variables, e s necesar io que l o s transductores sean
se lecc ionados de acuerdo a las c a r a c t e r í s t i c a s de los
timplificadores. -.
Procesamiento de señales.
El. procesamiento de laa seña les c o n s i s t e en modular
en f r e c u e n c i a l a seña l f i s i o l ó g i c a previamente amplifi-
caña, almacenarla, demodularla y f i l t rar la .
En general , las seña les f i s i o l ó g i c a s no s e pueden
grabar directamente en c i n t a magnética u t i l i z a n d o una
grabadora y c a s s e t t e s comerciales. E s t o s e debe a que
l a respuesta en f r e c u e n c i a de dichos d i s p o s i t i v o s no
coincide con e l ancho de banda de las seña les f i s i o l ó -
gicas. P o r medio de l a modulación s e traslada e l es1:ec-
t r o de l a seña l f i s i o l ó g i c a a l centro de l a banda Ú t i l
d e l s is tema de r e g i s t r o .
El modulador en f r e c u e n c i a u t i l i z a un o s c i l a d o r con-
t r o l a d o p o r v o l t a j e (VCO), cuya f r e c u e n c i a e s propor-
c i o n a l a l a amplitud de l a seña l de entrada. L a demo-
-- ----dul-aciÓn se -consi-gue POP medio-de-un PLL ('phzse-locked
loop11). Cuatro secc iones de f i l t r a d o a c t i v o a la s a l i d a
eliminan l a f r e c u e n c i a portadora de l a s e n d de i n t e r é s .
Almacenamiento de señales .
Como d i s p o s i t i v o de almacenamiento s e u t i l i z a una
grabadora / reproductora de c a s s e t t e s de dos canales
convencional. Dicha grabadora t i e n e las s iguientes ca-
rat t e r í s ti c as p r i n c i p a ~ . es :
Operación s e n c i l l a y r e s i s t e n t e p o r medio de t e c l a s
s e n s i b l e s a1 tac to .
Cabeza grabadora / reFroductora comliatible con c in-
t a magnética metáILica.
mnciones Etutomáticas de avance de l a c i n t a proera-
mad as -.
.
i
4 ) Control de grabación s i n señal p a r a separación de
5 ) Indicador d i g i t a l de n i v e l de grabación y repro-
p i s t a s .
ducción de gran pres ic ión .
6) P o s i b i l i d a d de grabar y reproducir automaticzmente
7 ) Sistema Dolby de reducción de ruido.
8 ) F i l t r o NFX (multiplex) para grabaciones de FRl.
a un tiempo p r e f i j a d o .
El almacenamiento de s e ñ a l e s o f r e c e l a s v e n t a j a s
de poder c o n t a r con un r e g i s t r o permanente y repro-
ducible , y además permite e l procesamiento p o s t e r i o r
de las señales. F o r o t r a par te , e s F o s i b l e h a c e r re-
g i s t r o s en lugares donde no s e disponga d e pol fgrafos ,
o donde no e x i s t a instrumentación d e análisis de las seña les . _ _ - -
Disposi t ivo de s a l i d a .
En general, l a unidad puede u t i l i z a r como d i s p o s i t i v o
de s a l i d a un o s c i l o s c o p i o de memoria o un r e g i s t r a d o r
galvanométrico de papel X - T. P a r a v i s u a l i z a r varia-
b l e s t a l e s como l a temperatura corpora l , s e puede u-
t i l i z a r como d i s p o s i t i v o de s a l i d a un desplegado nu-
mérico.
Nuebl e . El mueble f u e construido con e l o b j e t o de r e u n i r
todos l o s componentes d e l sistema y formar así una
unidad a u t o s u f i c i e n t e que s e a j u s t a r a a las condiciop
nes de un l a b o r a t o r i o de docencia. i3n e l diseño s e
,
4 '
tomaron en cuenta l as dimensiones de l o s componentes
a c t u a l e s d e l skstema y l a i n c l u s i ó n de un reg is t rador
u osci loscopio .
Amplificadores.
I 1) Amplificador b i o e l é c t r i c o .
EL a q l i f i c a d o r b i o e l é c t r i c o Hewlett Packard modelo
8811A c o n s i s t e de cuatro amplif icadores seguidores
( q t b u f f e r s f ~ ) con una ganancia de 1, seguidos de un am-
p l i f i c a d o r de a l ta ganancia, a a m p l i f i c a d o r de a l t a
ganancia puede s e r usado para EEG, ECG y o t r a s seña les b i o e l é c t r i c a s , y exhibe una ganancia m á x i m a de 100,000
I
i
t
(100 dB), Las primeras cuatro etapas d e l amplif icador
son completamente - - f l o t a n t e s (aisladas de t i e r r a ) y ob-
t i e n e n su alimentación de DC de una fuente f l o t m t e p o r
medio de un niult ivibrador y un r e c t i f i c a d o r ,
2) Amplificador modulador ( V a r r i e r t t )
El ampli f icador modulador Hewlett Fetckard modelo
8805B para s e ñ a l e s b i o e l é c t r i c a s c o n s h t e de cuatro
secc iones básicas :
a) EL o s c i l a d o r
b ) La t r a y e c t o r i a p r i n c i p a l de l a seña l (ampli f icación, f i l t r a d o , demodulación, e t c . )
c ) Ei. c i r c u i t o de c a l i b r a c i ó n
d) E3 c i r c u i t o automhtico de el iminación de cuadratura.
Es te a q l i f i c a d o r de estado s ó l i d o proForciona un
v o l t a j e de DC de s a l i d a que esTproporcional al v o l t a j e
de entrada de AC que debe e s t a r en f a s e o 180' f u e r a
de fase. Este-módulo puede r e c i b i r seña les de tempera-
tura, pres ión, pres ión media, B / D T y ruidos cardiacos;.
'\
111. DESARROLLO
Inic ia lmente se estudiaron l o s diagramas e l 6 c t r i c o s . _
de l o a amplif icadores, contenidos en l o s manuales de
s e r v i c i o correspondientes, con e l f i n de averiguar l a s
c a r a c t e r í s t i c a s de l a s fuentes de al imentación requeri-
das para e l funcionamiento de los mismos. Se l l e g ó a
l a conclusión de w e l o s v o l t a j e s de al imentación ex-
te rnos necesar ios para ambos amplif icadores eran: f 1 2
v o l t s y f 18 v o l t s . Además s e encontró que internamente
s e generan o t r o s v o l t a j e s u t i l i z a d o s en c i r c u i t o s espe-
c í f i c o s de los amplif icadores, a p a r t i r de los v o l t a j e s
a p l i c a d o s . En e l s i s tema de aislamiento ( E base de un
transformador) s e u t i l i z a una conversión de DC a DC
para c r e a r un c i r c u i t o f lotante . E% l a p a r t e _ _ no flotan-
c o d n para l a generación de v o l t a j e s basada en diodos
compensados en temperatura.
t e d e l c i r c u i t o s e u t i l i z a una referencia de vo l ta je - -
P a r a e l diseño y construcción de l a s fuentes s e e l i -
g ieron reguladores de v o l t a j e integrados de l a s e r i e
78. Tales d i s p o s i t i v o s o f recen las s i - i e n t e s v e n t a j a s
fund ament al es :
i) tamaño pequeño
ii) b a j o c o s t o
iii) b a j o consuno de potenc ia
i v ) no requieren c o q o n e n t e s externos
I
v) suministran h a s t a 1.5 amperes
vi) protecc ión i n t e r n a c o n t r a sobrecarRa térmica
vii) buena regulación (aprox. 2 56) v i i i ) conexión s e n c i l l a .
Teniendo en mente l a a p l i c a c i ó n que s e l e s i b a a
d a r a las f u e n t e s , s e consideraron importantes l as
s i g u i e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s t
- regulación e s t r i c t a de v o l t a j e
- p r o t e c c i ó n c o n t r a s o b r e v o l t a j e s
- l i m i t a c i ó n de c o r r i e n t e
- simetría
Como ya s e d i j o , u t i l i z a n d o reguladores de v o l t a j e
monol í t icos de l a s e r i e 78 s e consiguió una r e m a c i ó n
de +, 5% o mejor, y l a p o s i b i l i d a d de manejar corr ien-
t e s hasta de 1 .5 A ( u t i l i z a n d o dis ipadores de c a l o r
met6licos adecuados). Ver figura 2.
Como s i s tema de p r o t e c c i ó n c o n t r a s o b r e v o l t a j e s s e
u t i l i z ó un c i r c u i t o llamado "crowbar". Xste c i r c u i t o
c o n s t a de un diodo zener, un SCR ( r e c t i f i c a d o r contro-
l a d o de s i l i c i o ) y una r e s i s t e n c i a , para cada v o l t a j e
de al imentación (Ver f i g u r a 3). Ig funcionamiento d e l %rowbar" s e descr ibe breve-
mente a continuación. Cuando e l v o l t a j e suministrado
p o r l a fuente excede en más de 106 (aproximadamente)
e l valor nominal, e l diodo zener empieza a conducir
en i n v e r s a , con l o cuai s e genera un v o l t a j e en l a re-
s i s t e n c i a . En e l momento en que e s t e v o l t a j e a lcanza
0.8 v o l t s , l a compuerta d e l SCR h a b i l i t a a i disposi -
t i v o y hay conducción e n t r e el &nodo y e l cátodo d e l
mismo. Con e s t o s e pone en c o r t o l a fuente de alimen-
t a c i ó n (protegida con f u s i b l e ) , evitando que e l sobre-
*
-. ,
-.
I
AC
AC
Figura 2. Circuito. e l é c t r i c o de las fuentes de alimentación.
Figura 3 . Circuito
-.
-
'IC rovrb ar .
v o l t a j e dañe l o s c i r c u i t o s de carga (amplif icadores) .
La l i m i t a c i ó n de c o r r i e n t e s e consiguió inclu.yendo
en el c i r c u i t o un f u s i b l e por cada v o l t a j e de alimenta-
c i ó n , y además un Fus ib le para todo e l s istema, calcu-
lado en base a l a c o r r i e n t e máxima en e l secundario
d e l transformador.
- -
La s i m e t r í a e s una de las c a r a c t e d s t i c a s pr incipa-
l e s requeridas p o r l a m a y o d a de las fuentes F a r a am-
p l i f i c a d o r e s . S i l o s v o l t a j e s apl i cados d. amplifica-
d o r no son s i m é t r i c o s con resFec to a l a t i e r r a de l a
s e ñ a l de entrada (b ien s e a e s t a t i e r r a r e a l o f l o t a n t e
( t lar t i f ic ia l t l ) ) , l a s e ñ d de s a l i d a e s t a r á montala en
un n i v e l de DC proporc iond a l a a s i m e t r i a de l a fuente.
Si s e va a amplificar un v o l t a j e de DC, habrh e r r o r ,
s i s e va a amplificar un v o l t a j e de AC, puede reque-
- _ _ _ _ rl.rse--un. acopl-aqri-ento cayacitivo -_ - - __ p a r a e v i t a r e l desa- j u s t e de l o s n i v e l e s de polar izac ión de etapas subse-
cuentes. Es p o r e s t a rartón cue l a regulación de v o l t a j e
en las fuentes f u e r a rigurosa y se usaran fuentes b i -
p o l a r e s ,
Xor otra p a r t e , una fuente b i p o l a r Fropomiona una
t i e r r a de señal m e e s t á a un potenc ia l de t i e r r a ver-
dadero. Esto simplifica e l diseño d e l c i r c u i t o y e l i -
mina en muchos puntos l a necesidad de acoElanllento ca-
pacitivo. S i n embargo, una fuente b i p o l a r es más com-
p l e j a que una unipolar y t m b i é n más costosa . Una fuen-
t e unipolar e s más simple, pero generalraente hace que
e l c i r c u i t o a s e r alimentado s e a rnás complicado.
I
-.
. .
t, i
I i i
. .
i. B1 transformador u t i l i z e d o es d e l t i p o blíndérdo. Tiene cuatro secundarios: dos d e e l l o s proporcionan I
14 V romos. y l o s o t r o s dos dan 21 V r.m.s. La corr ien-
t e t o t & en los cuatro secundarios es de 1.5 aqperes.
La s e l e c c i ó n d e l transformEdor estuvo basad8 en las
s i g u i e n t e s consideraciones:
Variac iones de la l inea : + 15s V a l o r nominal de l a l i n e a : 117 V romos.
V a l o r máximo: 134.6 V r.m.s.
V a i o r mínimo: 99.5 v r.m.s.
C d d a d e v o l t a j e en e l puente r e c t i f i c a d o r : 1'-V
C d d a mínima de v o l t a j e en e l regulador: 2 V Estimación d e l consumo de c o r r i e n t e t o t a l del c i r c u i t o : 1 . 5 A
Tomando en cuenta las consideraciones a n t e r i o r e s , se
procedió a probar l as fuentes en protot ipo. A continua-
ciÓn s e diceñaron y construyeron l o s -c-ix%uZtos impre- _--
sos ' d e f i n i t i v o s : uno p a r a A 1 2 v o l t s , y o t r o p a r a + 18 volts. e s t o s c i r c u i t o s imr resos y en toeos l o s de-
más de l e unidad s e u t i l i z a r o n conectores p2.ra corm-
nicar lc2s t a b l i l l a s , e n vez de s o l d a r d i r e c t a e n t e
los c a b l e s , para s i m p l i f i c a r el s e r v i c i o de los cir-
cu2tos. Debido a que e l espacio no e r a una l imitación
en m e s t r o c a s o , e l diseño de los c i r c u i t o s impresos
no es tá oFtinuzado en e s t e aspecto. 1Jer figura 4. P a r a e l d e s a r r o l l o d e l c i r c u i t o de %ro!vbzrs", s e
s i g u i e r o n l o s mismos pasos. En e s t a t a b l i l l a d e c ir-
c u i t o imgreso, e s p o s i b l e agregzr r e m l a d o r e s de 2 is v o l t s s i s e r e m i e r e n e s t o s v o l t a j e s m á s adelante.
Ver figura 5.
t
-.
1 --L.
-.- .-c .-
i
t T 1. -4.
-- -- I I
- *- - - r
+- 4- -t
- f
P a r a algunos v o l t a j e s ocurr ió que e l "crowbar"
correspondiente s e accionaba espontaneamente a i en-
cender l a fuente. Concluimos que e s t o s e debía a que
s e formaban t r a n s i e n t e s a l cerrar e l in terruptor , y
lo remediamos colocando un c a p a c i t o r en p a r a l e l o con
la r e s i s t e n c i a antes mencionada. Originalmente s e ha-
b í a pensado que e s t o s t r a n s i e n t e s s e d a n eliminados
con los c a p a c i t o r e s de O . l p f coloczdos en p a r a l e l o
con las salidas de las fuentes.
Actualmente los transductores con l o s que cuenta
la unidad son c inco e lec t rodos p a r a ECG. Se constru-
yeron c i n c o para t e n e r uno de repuesto. Dichos e l e c -
trodos son placas rectangulares de acero inoxidable
con dos broches. Uno e s para conectar e l c a b l e , y
e l o t r o para la c i n t a e l á s t i c a de f i j a c i ó n correspon-
diente . Es te s i s tema permite p o r una p a r t e m e l a
l impieza de l o s electrodos s e a s e n c i l l a , y p o r o t r a - -
ape l a s c i n t a s puedan a j u s t a r s e a brazos y piernas
de d i f e r e n t e s tamaños. 3 l hecho de que l o s e l e c t r o -
dos sean de acero inoxidable t i e n e l a desventa ja de
que s e produce un g f f s e t a l h a c e r l as mediciones. S i n
embargo, e s t o puede c o r r e g i r s e hasta c i e r t o punto con
e l contro l de p o s i c i ó n d e l amplificador. P o r o t r o la-
do, e l acero inoxidable e s un material bara to y muy
r e s i s t e n t e .
-- _ _ - _ _ .
P a r a conectar l o s e lec t rodos a1 a m p l i f i c a d o r s e
u t i l i z ó un juego de c a b l e s Heivlett Fackard (Hp) usado.
A l r e v i s g r l a continuidad de los c a b l e s se encontró
que uno de e l l o s e s t a b a desconectado. DesFués de rea-
i
4 '
\
l izada la reparación se procedió a s o l d a r l o s broches
en cada cable. Posteriormente s e recubrió cada una
de las uniones con s e l l a d o r de s i l i c ó n para d a r l e s
f l e x i b i l i d a d y r e s i s t e n c i a . Luego s e l e cambiaron l o s
conectores ai. o t r o extremo de l o s c a b l e s p a r a poder-
l o s conectar directamente a l amplificador. EL conec-
t o r HP que normalmente s e u t i l i z a p a r a e s t e f i n no
está disponible en e l p a í s , y su importación signifi-
ca una espera de p o r l o menos t r e s meses, además de
un desembolso considerable. EL juego de c a b l e s reha-
b i l i t a d o e s s a t i s f a c t o r i o y contiene un cab le con
b l i n d a j e c o a x i a l para cada electrodo. Cabe mencionar
que a i amplificador l e entran cuatro c a b l e s en l u g a r
de c4;nco. Esto s e debe a que en l o s ecpipos HF s e
acostumbra emplear alguno de l o s e lectrodos no u t i -
l i z a d o s , como e lec t rodo i n d i f e r e n t e (de re ferenc ia ) . -
F o r ejemplo, al e s t a r regis trando l a derivación I
(brazo izquierdo a brazo. derecho), e l e lectrodo de
-
- _ _ - - - - - . - - - :. - -
p i e r n a izquierda s e puede u s a r como r e f e r e n c i a , ya
que no i n t e r v i e n e en l a medición.
El e lec t rodo de succión u t i l i z a d o para r e g i s t r a r
las derivaciones precordia les o f rece las venta jas de no r e q u e r i r c i n t a s o adhesivos para f i j a r l o , y ade-
m á s l a f a c i l i d a d de poder cambiarlo de l u g a r r a p i -
damente.
.
Originainante s e había pensado que s e podría i n -
corporar a i s is tema un r e g i s t r a d o r galvanométrico
como d i s p o s i t i v o de s a l i d a . Dicho mecanismo podría
s e r un galvanómetro (OBI~I), cual s e l e c o n s t r u i r í a n l a etapa de potenc ia y e l mecanismo de avance de l
-.
4 ’
I
c
c
p a p e l , o b i e n un r e g i s t r a d o r comercial terminado.
S i n embargo, tras de r e a l i z a r averi&uacJeones, se en-
contró m e l o s reg is t radores disponibles en e l merca-
do son de importación.
p o r arriba de l o s m i l dólares. Sl. tiempo de entrega
d e l f a b r i c a n t e o d i s t r i b u i d o r e s de varios meses.
c o s t o de una unidad e s t á
Ante e s t a s d i f i c u l t a d e s para a d a u i r i r un r e g i s t r a -
dor , y teniendo presente l a necesidad de un d i p o s i t i -
vo de s a l i d a para l a unidad de enseñanza, por medio
de l a cual quedara una constancia de l a evolución en
el tiempo de l a s seña les f i s io lógicas , s e optó p o r
o t r o sistema de r e g i s t r o . La solución propuesta con-
s i s t e en grabar en c i n t a magnética las seña les obte-
das d e l paciente . Este e s un r e a s t r o siempre recu-
perable , c o n l a p a r t i c u l a r i d a d de cue s e puede _ . ar-
c h i v a r cada caso y t e n e r l o disponible para reproducir
en cua lquier r e g i s t r a d o r de papel u osc i loscopio de
memoria, obteniéndose l a imagen gráfica de l a señal
s i n d e t e r i o r o alguno, o b i e n , para que l a señal pue-
d a s e r analizada por medios automáticos. En e s t e mismo p r i n c i p i o s e basa e l método Hol ter de reg is -
t r o de ECG.
0
Un buen c a s s e t t e comercial t i e n e una respuesta
en f r e c u e n c i a plana e n t r e 40 Hz y 1 5 kHz aproxima-
damente. En c o n t r a s t e , e l ancho de bzndaAde l a señal
de ECG para diagnóst ico e s de 0.02 He a i 5 O Hz. Esto i n d i c a que l a s seña les f i s i o l ó g i c c s t a i e s como e l
ECG no pueden s e r grabadas directamente en un cess-
e t t e comercial. r3. procedimiento u t i l i z a d o para ha-
-.
i
!
4 '
c e r p o s i b l e l a grabación e s e l de trasladar e l espec-
t r o de las s e ñ a l e s de i n t e r é s a l c e n t r o de l a banda
Ú t i l del c a s s e t t e . P a r a ésto se modula en f r e c u e n c i a
una portadora de onda t r i a n g u l a r con una f r e c u e n c i a - -
base de 6.75 kXa.
S i pretendiéramos grabar seña les con un rango d i -
n&co relativamente grande (como e l ECG) mediante
modulac'ión en amplitud, tendríamos l a l i m i t a n t e i m -
p u e s t a p o r e l rango dinámico d e l c a s s e t t e , que es
de 30 a 40 dE. E s t e problema s e e v i t a mediante l a
grabación en FIví, ya qye en e s t e caso s e pueden c o r p
s e g u i r desviaciones de f recuenc ias demodulables den-
t r o de un margen mucho m á s amylio. Además, s i grabas.
mos l a c i n t a a sa turac ión , s e eliminan Froblemas de
m i d o generados en e l propio s is tema de grabación,
ya- que- la re i -ac ión s e ñ d -a-ruid-o -( SNR) en un cass-
e t t e comercial no e s mug a t a . A continuación s e des-
c r i b e e l s i s tema de modulación y demodulación en f r e -
cuenc ia u t i l i z a d o .
- . - -_- __
modulador u t i l i z a un VCO ( o s c i l a d o r controlado
p o r v o l t a j e ) NE566, que s e muestra en l a figura 6
como A2, y cuya f r e c u e n c i a e s proporcional a l a am-
p l i t u d de l a s e ñ a l que e n t r a p a r a ser grabada. La
desviación en f r e c u e n c i a de l a seña l F o r t a d o r a s e
mantiene dentro de un +, 40 9 de l a f r e c u e n c i a base.
c
La demodulación e s obtenida por medio de un PLL ("phase-locked l o o p " ) K'x565. Después d e limitar en
amplitud l a s e ñ a l que viene de l a grabadora, l o s
0
-.
4 '
t
c
Modul ad or.
Demodul ador.
Figura 6 . Diagrama a bloques d e l sistema de modulación.
.* .
componentes en frecuencia de l a señal portadora son
eliminados de l a señal recuperada con un f i l t r o pasa
bajas. El. f i l t r o consta de cuatro secciones de fil-
trado ac t i vo que proporcionan 48 dB/octava de atenua-
c i ón por arr iba de l a frecuencia de corte.
Ei c i r cu i t o se muestra en l a s f iguras 7a, 7b y
7c. Se asegura a l t a impedancia de entrada con un se-
guidor de v o l t a j e ( A U ) . l3l nive l de l a señal se a-
justa po r medio de RP1, de t& forma qye l V r.m.s.
de entrada produzca + 40% de desviación en frecuencia.
Un amplif icador d i f e renc ia l ( U S ) a,fíade un v o l t a j e
de offset a l a señal para tener condiciones adecua-
das de operación a l a entrada del VCO (k2). I
b Como l a frecuencia central (base) del VCO es una 1
! t
función de 1-a-diferencia de v o l t a j e entre l a s termi-
m i e s 5 y 8 de l NE566, es esencial que e l v o l t a j e
para ambas terminales se obtenga de una fuente co-
f
d n . Entonces, l a re ferencia de v o l t a j e en l a ter-
minal no inversora de A1B se obtiene de V+, forzando
a la sa l i da a seguir l o s cambios en V+. Esto ocasiona
que fLV (d i ferenc ia de v o l t a j e entre las terminales
5 y 8 de l VCO) permanezca constante para pequeños
cambios de V+. La frecuencia de os&ilaciÓq está dada
aproximadamente por :
Donde : AV = di ferencia de vo l t a j e entre l a s ter- minales 5 y 8 del VCO
R = €U1 + Rp2 c = c2
4 ' ,
RP3 '
IK
-.
Pigwra 7a. Circuito e l é c t r i c o d e l modulador,
PLL A 4
.. Figura 7b. C i r c u i t o e léc t r ico d e l demodulador.
-.
t
..
W r i 0 -
d -
n ri)
c
Es c laro que R, C y AV deben permanecer constantes
para poder conseguir frecuencias centrales estables.
Por e-Sta razón se u t i l i z ó un trimpot para ~ € 2 . Q. ni- vel de sa l ida hacia l a grabadora se ajusta con RF3.
La señal que viene de l a grabadora es l imitada en
m l i t u d p o r medio de A3A. Después e l PLL demodula
l a señal de Pld. Ver apéndice 1 l%!odulaciÓn en frecuen-
cia" y apéndice 2 ! P r inc ip i o de operación de l PLL".
La sa l ida alimenta a un amplif icador d i f e renc ia l de
ganancia un i tar ia y con una a l ta impedancia de entra-
da. Debido a que a la sa l i da de l ILL hay tanto com-
ponentes de a l t a frecuencia (portadora) como señales
de DC, se u t i l i z a este amplif icador d i f e renc ia l para
el iminar ambas de estas señales de modo codn. Cua-
t r o etapas d e f i l t r o s act ivos pasa bajas se u t i l i z an
para el iminar l a s componentes res idudes de frecuen-
c ia portadora de l a forma de onda de interés. Xi fil-
t r o provee una atenuación total. de 48 dB/octava des-
pués de l o s 3 dB de l a frecuencia de corte. Después
d e l f i l t r ado , l a ganancia es ajustada y todos l o s
vo l t a j e s de o f fse t de l as etapas anteriores son com-
pensados con A7A. La ca l ibrac ión se r e a l i z a en dos etapas. Frimero
s e ca l ib ra e l modulador, y luego es usado para c d i -
b rar e l demodulador.
Pasos a segukr para ca l i b ra r e l modulador:
1) Con l a entrada de l modulador aterrizada, se ajus-
t a l a frecuencia portadora (6.75 kHz) p o r medio
. de RP?, monitoreando l a sa l ida de l modulador. -_
2) El v o l t a j e de s a l i d a debe s e r a jus tado con RF3
3) Se aplica un v o l t de DC a l a entrada d e l modula-
dor , y l a desviac ión en f r e c u e n c i a s e a j u s t a con
RPl para obtener un 140% de desviación de l a por-
tadora,
has ta obtener 2 V pico-pico.
Pasos a s e g u i r para calibrar e l demodulador: 1) Una vez c a i i b r a d o e l modulador, su entrada s e a-
t e r r i z a y su s a l i d a s e conec ta a l a entrada del
demodul ad o r . 2) Se monitorea e l punto de yxueba 2, y l a frecuen-
c ia de l demodulador s e a j u s t a con RP4 ( tr impot)
hasta obtener cero.
3 ) Se monitorea l a s a i i d a d e l demodulador, y c u d -
q u i e r v o l t a j e de o f f s e t e s eliminado con KP6 a-
justándolo para obtener c e r o a l a s a l i d a ,
4 ) La ganarricia d e l demodulador s e ajusta con RF5.
Aplicando 1 V a l a entrada de l modulador s e ajus-
ta RF5 para obtener 1 V a l a s a l i d a de l demodula-
dor.
En caso de aue s e presenten problemas de d r i f t ,
e x i s t e una p o s i b l e so luc ión , y es l a de u t i l i z a r re-
s i s t e n c i a s de p e l í c u l a de metal en todo e l c i r c u i t o
y c a p a c i t o r e s e s t a b l e s con l a temperatura en l o s c ir-
c u i t o s que determinan l a f r e c u e n c i a en l o s osc i lado-
r e s ( C 2 y c8). Otro problema es e l de l a d i s t o r s i ó n
p o r var iac iones en l a velocidad dentro de l mecanismo
de t ranspor te de l a c i n t a en l a grabzdora. La d i s t o r - sión s e m a n i f i e s t a como un e r r o r en la f recuenc ia , y
-.
. -
consecuentemente como un e r ro r en e l v o l t a j e de demo- !. dulación, En l a f i gu ra 7c se muestra un c i r cu i t o de
compensación que Fuede usarse para remediar esta si- tuación. Para es to se requiere tener o t r o canal de
procesamiento, e l cual se u t i l i z a para grabar una re-
ferencia de cero volts, y luego restárse la a l a señal
de interés. Este c i r cu i t o t i ene l a ventaja adicional
de el iminar e l d r i f t de DC a m& l a r g o plazo, en todo
el sistema. *
Otra opción que puede agregársele al c i r cu i t o es
l a l d e i n c l u i r var ios juegos de resiste-ncias y capa-
c i t o r e s que determinan l a frecuencia de oscilación.
Cada juego se s e l e cc i onada por medio de un intermp-
tor g i ra tor io , y así se podrían obtener d is t intas
frecuencias portadoras . - -- __ - ---=--circuito s e construy-ó_utilip,Etndo e i vco y ei
PLL integrados, p o r considerar que esto redundaría
en una mayor conf iab i l idad y s i q i í i c i dad , que s i s e
hubieran usado componentes discretos para e l mismo
f i n , Ver f iguras 8a, 8b y 8c. La grabadora u t i l i z ada para almacenar l a s señales
mQduladas es una Hitachi D-E55. Este equipo de a l t a
f ide l idad o f rece var ias ca rao t eds t i cas que son es-
pecialmente atract ivas para e l r eg i s t ro de señales
f i s i o l ó g i c a s en c in ta magnéticcr. F o r una parte, pre-
senta las siguientes esreci f icaciones e l éc t r i cas i m -
c portantes :
Respuesta en frecuencia con c in ta normal: 30 Hz a 15 kHz
4 '
c
I' I '--
q- ..-. - *.
. .
, , * I .
Respuesta en frecuencia con c in ta mé%&Lica: 20 Hz a 18 lcHz
Relación señal a m i d o con DOLBY: 66 dB
Relación - seña l a m i d o s i n DOLBY: 58 dB
Distorsión en e l mecanismo de avance de l a c in ta ( V o w
& f l u t t e r " ) : 0.04% i'JRfJIS
,
Las c i f r a s mencionadas r e f l e j an l a alta cal idad de
l a grabadora. La respuesta en frecuencia es l o suf i -
cientemente amplia como para no a l t e r a r en ninguna
forma l a señal modulada que se graba. La a l t a rela-
c i ón señal a ruido garantiza que e l equipo no intro-
ducirá m i d o adicional considerable a l a señal, y
que sí tenderá a el iminar e l ya existente. Asimismo,
es una gran ventaja qge e l equipo cuente con e l sis-
c
tema Dolby de reducción de ruido, ya que como se ob-
serva en los-datos, l a re lac ión señal a ruido mejo-
i i I
1 ra en 8 dB aproximadamente al usarlo, s i n degradia-r
l a respuesta en frecuencia. E l funcionamiento de l
sistema Dolby se describe brevemente en e l apéndice
3. Ell ot ro f i l t r o (fi?FX) con que cuenta l a grabadora
es tá específicamente diseñado para grabaciones de PNI. Además, e l hecho de qye e l aparato sea estérceo
(de dos candes ) permite registrsrr dos señales siml-
taneamente, o b i en grabar una so la señal y poder com-
pensarla en cuanto a distors ión y d r i f t .
También es Ú t i l poder u t i l i z a r c intas de metal,
ya gue con e l l a s se mejora tanto l a respuesta en f re -
cuencia (en a l tas ) , como l a re lación señal a m i d o
(también en altas) . Las funciones programadas de a-
vance de l a c in ta pueden s e r Ú t i l e s en l o que se re-
f i e r e al uso d e l equipo para l a docencia.
-4'
1
c
La sefial modulada e n t r a a l a grabadora d a un cable
b i p o l a r t i p o RCA p o r l a entrada marcada "LINE IN" (ca -
nal izquierdo o derecho). La seña l grebada s a l e hacia
e l demodulador p o r o t r o c a b l e similar que viene de l a
s a l i d a marcada l'LINE O1JT9* (en e l mismo canal escogido
para l a entrada). Además, s i grabamos l a c i n t a a satura-
ción, s e eliminan problemas de ruido generados en e l
propio s is tema de grabación, ya que l a r e l a c i ó n señal
a ruido en un c a s s e t t e c o m e r c i a no es m y alta.
A continuación s e descr ibe a grandes rasgos e l am-
p l i f i c a d o r b i o e l é c t r i c o HP-8811A. Como protecc ión para
e l amplif icador, cada entrada de las derivaciones d e l
pac iente t i e n e conectada un f o c o de gas ne& entre e l l a
y l a t i e r r a f l o t a n t e o de chasis. L a c o r r i e n t e e s t á li-
-- 1 imitada p o r l a r e s i s t e n c i a d e l cgble d e l paciente (6.8K), - _
en c a s o de que s e u t i l i c e n d e s f i b r i l a d o r e s o. aparatos.
de e l e c t r o c i r u g í a .
Se u t i l i z a n cuatro pares de t r a n s i s t o r e s complemen-
t a r i o s para a c o p l a r a i a m p l i f i c a d o r con l a fuente de
las s e ñ a l e s ( e l pac iente ) . Se puede considerar a l o s
pares de t r a n s i s t o r e s como amplif icadores de dos etapas
con-re t roa l imentac ión , y que Froporcionan una gwiancia
en v o l t a j e de un valor muy cercano a l a unidad.A l a sa-
l i d a de cada 98buffer" de entrada una r e s i s t e n c i a Fermi-
t e l a promediación de las señales de l o s electrodos en
c i e r t a s posic iones d e l s e l e c t o r de derivaciones conec-
tando simplemente l o s b u f f e r s corres&ondientes.
A e s t o s igue un a m p l i f i c a d o r d i f e r e n c i a l de entrada
de .c inco etapas con ganancia dual m e puede s e r u t i l i -
b
i
-.
I . I modos de ECG y de AC. Cuando e l s e l e c t o r de der ivacio-
P, '
,
vierte su estado y se i n v i e r t e también l a d i r e c c i ó n de
la rampa. Con e l tiempo la rampa alcanza e l o t r o n i v e l
de conmutación d e l Schmitt, el Schmitt d i s p a r a , l a ram- pa s e i n v i e r t e o t r a vez y e l c i c l o s e completa. S i e l
ampli f icador p r i n c i p d no suministra s e ñ a l , e l in tegra-
d o r produce una onda triangular simétrica y la s a l i d a
d e l c i r c u i t o Schmitt es una onda cuadrada, e s t o e s , una
forma de onda rec tangular con un c i c l o de t raba jo de 50%. Conforme cambia la s a l i d a d e l a m p l i f i c a d o r p e n - i
c i p a l , cambian las entradas al punto suma d e l in tegra- d o r , resultando en une modificación de las pendientes
de la onda t r iangular . Durante l a mitad d e l c i c l o , la pendiente s e hará m&s abrupta seguida de una mitad más
plana que l o normal.. La forma de onda rectangular d e l
Schmitt también s e ve a f e c t a d a en e l sent ido de m e e l
[ !
I ! 1
1
b , c i c l o de t r a b a j o ya no e s d e l 50$, s i n o de d.&n o t r o - - - - - .- v a l o r l inealmente proporcional al' o f f s e t -tiel amplifkca- -- t
d o r p r i n c i p a l . Un transformador simple con muy pocas vue l tas t i e n e
su embobinado p r i m a r i o en s e r i e con el c i r c u i t o Schmitt
d e l modUador. € u l s o s biF0lareS gue representan l o s
' f i a n c o s ascendente y descendente de l a seña l d e l modu-
l a d o ~ son proporcionados p o r e l secundario a un segundo
c i r c u i t o b i e s t a b l e . Se produce una onda rectangular re-
cons t ru ida con una componente de DC o de baja frecuen-
c ia proporcional a l a producida originelmante por e l
a m p l i f i c a d o r p r i n c i p a l . Un f i l t r o a c t i v o de cuatro po-
los e x t r a e l a información deseada de baja f recuenc ia
y reduce e l r i z o a un n i v e l aceptable. t
Dos etapas de ganancia propomionan una señal de sa-
l i d a amplificada con protección contra cor to c i r cu i to ,
con ajuste de ganancia y n i ve l . EL ajuste de ganancia
-88 obtiene pasando l a sefial por un d i v i s o r de vo l ta j e ,
y e l posicionamiento se consigue inyectando una corrien-
t e ajustable en una terminal del amplif icador di feren-
c i d
Se requiere un sistema de protección para e l pacien-
I t e y un buen rechazo de modo común. € o r l o tanto, se
tienenque mandar a t i e r r a l e s señales de modo c o d n de l
no perder l a protección de l paciente suministrada por
paciente p o r una t rayec tor ia l imitada en corr iente para 1
el sistema f lo tante .
i t
t
-.
Bn vista de ape e l funcionamiento d e l s is tema de
modülación, demodulación y almacenamiento de seña les
es b a s t a n t e satisfactorio e i n c l u s o comparable con
el de una c o s t o s a 8rabadora de instrumentación, s e
debe cons iderar como una a l t e r n a t i v a i n t e r e s a t e en
e l r e g i s t r o de s e ñ a l e s e l e c t r o f i s i o l ó a c z s .
Bxperimentalmente s e encontró que en e l caso de
n u e s t r a grabadora no e s recoinendable (como anter ior -
mente se había afirmado) mmtener a sa turac ión e l
nivel de grabación al r e g i s t r a r l as señales . Es to
se debe a que s i s e s a t u r a l a c i n t a , s e obtiene una
señal reproducida con d i s t o r s i ó n en altas frecuen-
cias. Se r e a l i z a r o n pruebzs de respuesta en f recuenc ia
d e l s i s tema con ondas s e n o i d d e s de un generador, y _ _ _ _ _ ~
- s e determinó que s e procesan f ie lmente seña les en-
t r e 0.05 Hz y lkHz (a e s t a f r e c u e n c i a l a señal ya
está atenuada en 3 dB). S e r i a i n t e r e s a n t e en e l fu-
t u r o comparar l o s espec t ros de l a s e ñ a l de entrada
con l a seña l procesada u t i l i z a n d o un anal izador de
espectros, p a r a c u a n t i f i c a r l a d i s t o r s i ó n inherente
a l sistema.
Además de recomendar l a i n c l u s i ó n de sistemas de
modulación y demodulación en o t r a s unidades de ense-
ñanza, pensamos que también s e r í a f a c t i b l e y Ú t i l c d i s e ñ a r y c o n s t r u i r l o s ampl i f i cadores para d i c h a s
I
i c
I
I
unidades.
Apéndice 1. Modulación en Frecuencia. -
Eiodular una señal es incorporarle una determinada
expresión o información. S i p o r medio de un d ispos i t ivo
cualquiera, logramos qye un generador v a d e l a frecuen-
c i a generada con arreg lo a l a s variaciones de un fenó-
meno determinado de manera i n e d v o c a , l a frecuencia
estará modulada y e l generador dará información.
Sea: F l a frecuencia moduladora (For ejemplo, l a f r e -
cuencia instan-bánea de un ECG)
f = a = l a frecuencia central o frecuencia de l a ,
onda portadora ( en este caso 6.75 kI-?z) 2qr
A+ m=SL- - F Bntonces, se hef ine: Aw - rrLlltr es denominado e l índ ice de modulación y es l a rela-
c ión de l a desviación máxima 8 l a frecuencia de modula-
ción.
Se def ine po r o tra parte, e l grado de modulación 2 por l a re lac ión de l a desviación máxima de frecuencia
a l a frecuencia portadora: 1- A f -f
E l grado de modulación A y e l índ ice de modulzción
. rtmtv s e expresan e l uno en L f'unción de l otro For:
i
I Entonces, l a s t r e s caracter ís t icas esenciales en mo-
t
dulación de frecuencia son: l a frecuencia instantánea
de l a portadora f; &f y la frecuencia de l a onda de modulación F.
l a desviación máxima de frecuencia
Apéndice 2. P r i n c i p i o de Operación d e l PLL.
Un FLL ( '!Phase-locked loop1') e s basicamente un l a z o .. de re t raa l imentac ión e l e c t r ó n i c o que consta de un de-
t ec tor de f a s e , un f i l t r o pasa bajas y un osc i lador
controlado por v o l t a j e (VCO), La f a s e de su o s c i l z d o r
controlado l e permite s incronizarse ("lock") con una
sefial de entrada. S i la f a s e cambia, indicando que l a
frecuencia de entrada e s t á cambiando, e l v o l t a j e de sa-
l i d a d e l detec%or de f a s e aumenta o disminuye l o w e
s e a necesar io , para mantener l a f recuenc ia de l o s c i l a -
d o r igual a la f r e c u e n c i a de entraiia, manteniendo l a
condición de s incronizac ión o captura ( lllockedlf). l o r
t a n t o , e l v o l t a j e promedio a p l i c a d o a l o s c i l & d o r con-
2
t r o l a d o e s función de l a f recuenc ia de l a señal de en-
trada. De hecho, e l v o l t a j e d e l f i l t r o pasa bajas e s
l a s a l i d a demoduleda, cuando 3ia señal de entrada e s t á
modulada en f r e c u e n c i a (suponiendo que e l osc i lador
controlado t i e n e una c a r a c t e r í s t i c a , de t r a n s f e r e n c i a
v o i t a j e a f r e c u e n c i a i i n e a i )
- - -
Q. YLL de propósi to general 565 contiene un oscila-
dor , un d e t e c t o r de f a s e y un aql i f icador . Cuando é s t e s e s i n c r o n i z a con una serlal de entrada, pq-,orciona dos
salidas: un v o l t a j e proporcional a l a f recuenc ia de l a
seña l de entrada ( s a l i d a de FM), y l a s a l i d a de un gene- rador de onda cuadrada,
S i e l PLL e s t á sincronizado con una señal modulada
c en f r e c u e n c i a (FTJ), e l V ~ O vtsigue" a l a f recuenc ia i n s -
tantánea de l a s e ñ a l de entrada. H. v o l t a j e de e r r o r
i; !
-.
fi ltrado, el c u a l f o r z a ai VCO a mantener l a captura
( o s i n c r o n i m c i ó n ) de la señal de entrada, s e convier-
te en l a s a l i d a demodulada de E%?. La l i n e a l i d a d de es-
ta s e A d demodulada depende exclusivamente de l a l i n e a -
l i d a d de l a c a r a c t e r í s t i c a de t r a n s f e r e n c i a del v o l t a j e
de c o n t r o l d e l VCO con l a frecuencia, . Debe notarse que
puesto que el FLL e s t á sincronizado durente e l proceso
de demodulación de FM, l a r e s p e s t a e s l i n e e l y puede
predec i rse faci imente a p a r t i r de un diagrama de Folos.
EL FLL es un s i s tema re t rodimentado ( v e r f igura. i)
.A
y p o r l o t a n t o u t i l i z a l o s mismcm p a r b e t r o s de c o n t r o l
que un s i s tema convencional. La Única diferencie . con- a&”+- a m m r a 7 - erañs7 A m e v w n v an 01 F T , T , es i i n ~ frise!,
t
~ ~ ~ U G = A b \iUU &La U G A A C Y U S 3 Y . L I V I Y-- CIL --I -I ---- ---, , en l u g a r de un v o l t a j e o una. c o r r i e n t e . hh el modo de
operación s i n s e ñ a l de entrada apl icada a l s is tema, e l v o l t a j e de e r r o r Vd e s igua l a cerb. a VCO opera a
una f r e c u e n c i a f i j a Vo, conocida corno l a f recuenc ia
de o s c i l a c i ó n l i b r e . S i s e aplica un2 seña l de entrada
a l s i s tema, e l comparador de f a s e compara l a f a s e y la
f recuencia . de entrada con l a f r e c u e n c i a d e l VCO, y ge-
n e r a un v o l t a j e de e r r o r Ve que e s t á relacionado con
-.
i
- - l a d i ferenc ia de fase entre las dos señ'ales. Este vol-
t a j e de e r ro r es f i l t r a d o , amplificado y aplicado a l a
terminal de control de l VCO. De esta manera, e l v o l t a j e
'de contro l Vü ob l i ga a - l a frecuencia de l VCO a ga r i a r
en una d i recc ión que reduzca l a di frenáia de frecuencia
entre f o y l a señal de entrada.
a Wo, l a naturaleza de l a retroalimentación del DLL o-
casiona que e l VCO se sincronice o "amarrett ( tvlockvt)
con l a seEal qyie entra. Una vez sincronizada, l a f r e -
cuencia del.-VCO es idént ica a l a señal de entrada, ex-
cepto po r una d i f e renc ia de fase f i n i t a . Esta diferen-
c i a de fase o es necesaria para generar e l v o l t a j e de
e r r o r cor rec t i vo para cambiar l a frecuencia de l VCO de
su v a l o r de osc i lac ión l i b r e a l a frecuencia de l a se-
S i l a señal de entrada '170 está suficientemente cerca !
- _. K a l de entrada \Yo, y entonces mantiene a l ELL sincro-
nizado. Esta habil idad de autocorrección también per- -. - - -__ . - _-I_ - _ _ -
. - mite al PLL seguir l o s cambios de frecuencia de l a se-
ñal de entrada una vez que ha s ido sincronizada. isl
rango de frecuencias sobre e l c u d e l YLL puede mantener
sincronía con una s eñd de entrada se def ine como "lock '
range" o rango de sincronía. La banda de frecuencias
sobre l a cual e l PLL puede sincronizarse con una señal
de entraüa se conoce como rango de captura de l sisteaa,
. y nunca es mayor que e l rango de sincronía.
c
-.
Apéndice 3. Sistema Dolby para la Reducción del-Huido.
Q. m i d o audible de la c in ta ("tape hiss"), que se
presenta durante la reFroducción puede s e r reducido por medio de l sistema Dolby hasta en 10 dB. Como e l m i d o
audible consiste principalmente de componentes de a l t a
frecuencia, e l sistema Dolby cambia l a amplitud de l a s
al tas frecuencias contenidas en l a d s i c a que se graba
en un grado que depende de l volÚmen de l a d s i c a en
c u d qui e r instant e . Un pasaje de música fuer te (intensa) tiende a enmas-
carar cualquier ruido presente. I)urante estos momentos
en l a grabaciÓn,el sistema Dolby no a l t e ra e l n i ve l de
l a s a t a s fremencias. Cuando se graban pasRjes suaves 1
(bajos en intensidad), el sistema ampli f ica l a respues- b
t a en a l t as frecuencias en un grado determinado - por e l
n i v e l t o t a l de d s i c a , enfatizando- delib-eradamente -es-- ___
tas frecuencias. Mientres más suave sea. ia música, más
se amplif ican las altas frecuencias.
I - - - . _ _ _ - - *
Durante l a reproducción, un c i r cu i t o similar, pero
con e f e c t o opuesto a t e d a l a s altas frecuencias duran-
t e l o s p d e s suaves de música, pero de ja inalterada
la parte de l esFectro de audio durante l o s sasajes fuer-
tes. conforme se atenúan l a s ai.tas frecuencias, tam-
b ién se a t e d a e l m i d o residuai. El contenido t o t a l de
frecuencias permanece inalterado para e l oyente, ya
que l as Únicas frecuencias atenuadas durante l a repro-
ducción son aquellas que h e r o n acentuadas durante l a
grabación. Sólo e l ruido introducido durente l a graba-
c i ón y l a reproducción es reducido.
c
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