Tradisjonalistenes oppfatninger, vurderinger og begrunnelser

Em função da baixa amplitude do sinal eletromiográfico durante a aquisição, faz-se necessário amplificar o sinal mioelétrico coletado para posterior processamento. Vários fatores no amplificador são de grande importância, como o ganho (quantidade de amplificação aplicada ao sinal, relação Vout/Vin), a largura de banda (região de frequências

de trabalho), a relação sinal-ruído e o índice de rejeição do modo comum (FORTI, 2005; MARCHETTI; DUARTE, 2006).

O ganho é definido como a razão entre a voltagem que entra e a que sai do amplificador; deve adequar-se à características da experiência, dos músculos estudados, do tipo de eletrodo e da utilização futura do sinal amplificado. Considerado que o sinal de EMG apresenta, na contração voluntária máxima, uma amplitude que não excede os 5 mV pico a pico, o ganho deve ser ajustável entre 10 e 1000 vezes. Deve-se tomar cuidado para que o ganho escolhido não exceda a voltagem esperada em nenhuma etapa do sistema, sob risco de perda de parte da informação ou de danos ao próprio sistema (AMORIM, 2009).

O tipo de amplificador habitual utilizado na amplificação do sinal de EMG é o amplificador diferencial (Figura 2.13), que pode amplificar linearmente o sinal de EMG sem amplificar o ruído ou erro no sinal (HAMILL; KNUTZEN, 2008).

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Um amplificador diferencial é aquele que responde à diferença entre dois sinais aplicados em suas entradas e idealmente rejeita sinais que são comuns às suas duas entradas. A eficácia de um amplificador diferencial é medida pelo grau de sua rejeição a sinais de modo comum em detrimento a sinais diferenciais. Isso é normalmente quantificado por uma medida conhecida como razão de rejeição de modo comum (CMRR, do inglês, common mode rejection ratio) (SEDRA; SMITH, 2007).

O amplificador diferencial é frequentemente usado em aplicações nas quais o sinal de entrada diferencial é uma pequena tensão (milivolts) e o sinal de entrada em modo comum é uma tensão grande (volts). Como resultado, o CMRR do circuito torna-se um parâmetro crítico (MALVINO; BATES, 2011). O sinal de modo comum é aquele detectado em ambos os eletrodos, tais como interferências da rede elétrica, músculos distantes ou batimentos cardíacos, considerados ruídos. Quanto mais alta a CMRR, melhor o cancelamento do sinal de modo comum (MARCHETTI; DUARTE, 2006), ou seja, melhor será a capacidade do amplificador de rejeitar sinais de ruído.

No entanto, o amplificador diferencial básico apresenta algumas desvantagens, como por exemplo, sua baixa resistência de entrada, o que o limita em algumas aplicações. Para contornar essas dificuldades, alguns circuitos foram propostos, como é o caso do amplificador de instrumentação.

O amplificador de instrumentação ou instrumentation amplifier (INA), é um dos mais úteis, precisos e versáteis amplificadores disponíveis hoje, sendo utilizado para medição, instrumentação, controle e aquisição de dados (COUGHLIN; DRISCOLL, 2001). É um tipo específico de amplificador operacional, cuja função é realizar a diferenciação entre um par de entradas que é direcionado a uma única saída que opera de acordo com a referência (RIBAS, 2015).

É projetado com vários amplificadores operacionais e resistores de precisão, o que torna o circuito extremamente estável e útil em aplicações em que a precisão é importante. O INA é construído a partir de três amplificadores operacionais e sete resistores, caracterizado pela ligação de um amplificador buffer a um amplificador diferencial básico (COUGHLIN; DRISCOLL, 2001), conforme pode ser obervado na Figura 2.13.

O primeiro estágio (o pré-amplificador) consiste em dois seguidores de tensão que isolam (função buffer) as entradas, o que causa um aumento da impedância de entrada. O ganho de tensão do primeiro estágio é unitário tanto para o sinal de entrada diferencial

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quanto para o sinal em modo comum. Portanto, o segundo estágio (o amplificador diferencial) ainda tem de fornecer todo o CMRR do circuito (MALVINO; BATES, 2011).

Diferentemente de um amplificador operacional (AMP-OP) comum, que pode realizar diversas funções através da combinação de vários componentes, no INA somente é possível ajustar o ganho através de um resistor, Rg ilustrado na Figura 2.14, ou alguma ligação entre seus pinos (RIBAS, 2015).

Figura 2.14: Amplificador de instrumentação (INA) (PERTENCE JR., 2015).

A grande diferença entre o INA e um AMP-OP simples está na alta precisão e ganho em corrente contínua (CC) mesmo em algum ambiente ruidoso, geralmente causados pela frequência de corrente alternada (CA) da rede elétrica. Essa característica do INA é decorrente do seu alto índice de rejeição em como comum (CMRR), que muitas vezes é ajustado de maneira proporcional ao ganho, eliminando parte dos ruídos indesejáveis. Outra característica é referente à alta impedância de entrada, cerca de 109 ohms, tornando- se ideal para a medida de sinais de baixa tensão, como os sinais biológicos (RIBAS, 2015). A impedância na junção da pele e superfície de detecção pode variar desde vários milhares de ohms para vários megaohms para a pele seca. A fim de evitar a atenuação e a distorção do sinal detectado, devido aos efeitos de carga de entrada, a impedância de entrada do amplificador diferencial deve ser tão grande quanto possível, sem causar complicações auxiliares para o funcionamento do amplificador diferencial. Além da

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magnitude da impedância de entrada, o equilíbrio entre as impedâncias dos dois locais de detecção também é de grande importância (DE LUCA, 2002).

Lamontagne (2001, p. 34) traz algumas especificações mínimas recomendadas para amplificadores de EMGS. Essas informações são apresentadas na Tabela 2.1.

Tabela 2.1: Requisitos mínimos para amplificador de EMG de superfície.

Variáveis Requisitos mínimos

Impedância de entrada > 1010 at DCa,b > 108 at 100 Hz > 106 c > 1012 d CMRR > 80 dB a,b > 90 dBc

Ganho do amplificador 200 – 10.000a,b,c

Reposta em frequência

1 – 3000 Hza 1 – 1000 Hzb 1 – 500 Hzd

Ruído < 5µV RMS com resistência 100 kΩ a

a

Recomendado por ISEK

b

Recomendado por Winter (1990)

c

Recomendado por De Luca (1993)

d

Recomendado por Lamontagne (1992)

(Modificado de LAMONTAGNE, 2001).