RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) SKRIPSI

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG)

SKRIPSI

TYAS ISTIQOMAH

PROGRAM STUDI S1 TEKNOBIOMEDIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

Skripsi

Rancang Bangun Elektrokardiograf (EKG).

Istiqomah, Tyas


RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG)

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Teknobiomedik Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Oleh TYAS ISTIQOMAH 080810191 Tanggal Lulus : 6 September 2012

Disetujui oleh:

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Ir. Welina Ratnayanti Kawitana NIP. 19500627 197901 2 001

Franky Chandra S.A., S.T., M.T NIP. 19830128 200912 1 004

ii Skripsi


Istiqomah, Tyas


LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI Judul Penyusun NIM Pembimbing I Pembimbing II Tanggal seminar

: : : : : :

Rancang Bangun Elektrokardigraf (EKG) Tyas Istiqomah 080810191 Ir. Welina Ratnayanti Kawitana Franky Chandra S.A., S.T., M.T 6 September 2012

Disetujui oleh

:

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Ir. Welina Ratnayanti Kawitana NIP. 19500627 197901 2 001

Franky Chandra S.A., S.T., M.T NIP. 19830128 200912 1 004

Mengetahui, Ketua Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Drs. Siswanto, M.Si. NIP. 19640305 198903 1 003

Dr. Retna Apsari, M.Si NIP . 19680626 199303 2 003

iii Skripsi


Istiqomah, Tyas


PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.

iv Skripsi


Istiqomah, Tyas


KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah, inayah, dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Elektrokardiograf (EKG)”. Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan. Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Papa (M. Utsman Faruq Moehtadi) dan mama (Nurul Magdaniah) terhebat sepanjang masa. Terimakasih tak terkira untuk semua kasih sayangnya, semoga Allah selalu menyayangi dan menjaga papa mama. Untuk adik tersayang, Limpat Salamat, terimakasih hiburan dan keceriaannya, semoga selalu menjadi ketua Osis kebanggaan SMAN 5 Surabaya, I’m so proud of you! 2. Kaik, nenek, kakek, dan semua om serta tante atas semua doa dan restunya selama ini. 3. Ketua Departemen Fisika sekaligus dosen wali penyusun, Bapak Drs. Siswanto, M.Si, yang telah memberikan kemudahan untuk dapat menyelesaikan penelitian skripsi ini. 4. Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik, Ibu Dr. Retna Apsari, M.Si, yang telah memberikan support dan dukungan untuk penyelesaian skripsi ini. 5. Ibu Ir.Welina Ratnayanti Kawitana selaku pembimbing I yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.

v Skripsi


Istiqomah, Tyas


6. Bapak Triwiyanto, S.Si, M.T yang telah memberikan saran kritik serta menjadi pembimbing yang sangat baik dan menjadi rekan diskusi penyusun untuk bisa menyelesaikan penelitian EKG ini. 7. Bapak Drs. Tri Anggono yang telah memudahkan penyusun untuk menggunakan laboratorium serta memberikan saran demi terselesaikannya penelitian EKG. 8. Bapak Franky Chandra S.A., S.T., M.T selaku pembimbing II yang meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi. 9. Bapak Imam Sapuan, S.Si, M.Si dan Bapak Dr. Moh.Yasin, M.Si terimakasih atas masukannya sebagai penguji. 10. Bapak Dr. I Gde Rurus Suryawan Sp. Jp (K) yang banyak memberikan masukan, serta kritik dan saran yang membangun pada ide pembuatan EKG. 11. Dr. R. Heru sekaligus om penyusun yang telah bersedia menjadi konsultan jantung serta EKG nya. Terimakasih juga untuk tante Erma Safitri atas semua channel dan kemudahan yang diberikan untuk mempermudah penyusun menyelesaikan skripsi ini. 12. Thieara Ramadanika yang sudah banyak meluangkan waktunya, memberikan support, dan sangat setia menemani penyusun selama ini. Terimakasih untuk setiap hiburan, keceriaan, dan ketulusannya yang tak terkira. Semoga tercapai setiap cita-citanya. 13. Genk Brutal (Yuyun, Talitha, Rima, Rizka), Genk Begundal (Affan, Guruh, Fadil, Ook), Genk DoTa (Justi, Gilang, Taufiq), Aditya sobh dan Wida terimakasih atas persahabatan indah selama 4 tahun ini. 14. Teman-teman dan senior HIMAFI Unair yang sudah memberikan pelajaran hidup dan menjalani suka duka bersama selama ini, terimakasih semuanya. 15. Puput, Ersti, Nada dan teman-teman Atem terimakasih atas bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini. vi Skripsi


Istiqomah, Tyas


16. Teman-teman Teknobiomedik 2008, Agnes, Ardika, Arinda, Ary, Irma, Donna, Bilal, Ima, Farah, Miranda, Ninik, Metex, Wita, Rio, Sabrina, Devi, Windy, Yudha, Yudhis, Masta terimakasih untuk keceriaannya di Teknobiomedik pertama ini. 17. Bu Delima, Mbak Endang, serta semua dosen-dosen dan staf karyawan Program Studi S1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga yang telah memudahkan penyusun dalam proses penelitian skripsi ini.

Skripsi ini disusun dengan sepenuh hati dan kesungguhan untuk bisa mempersembahkan karya di bidang ilmu pengetahuan. Namun bagaimanapun, penyusun juga menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk perbaikan naskah skripsi ini.

Surabaya, September 2012 Penyusun

Tyas Istiqomah

vii Skripsi


Istiqomah, Tyas


Istiqomah, Tyas, 2012, Rancang Bangun Elektrokardiograf (EKG). Skripsi di bawah bimbingan Ir.Welina Ratnayanti Kawitana dan Franky Chandra S.A., S.T., M.T, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ABSTRAK Jantung sebagai salah satu organ vital bagi tubuh dengan fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh sangat rentan terserang penyakit. Untuk dapat memeriksa kondisi kesehatan jantung seseorang digunakan alat EKG (elektrokardiogram) yang kini sangat banyak tersedia di pasaran. Namun harganya yang yang mahal serta penggunaannya yang tidak dapat dibawa kemana-mana menjadi penghambat tersendiri. Untuk itu akan dibuat sebuah rancang bangun EKG sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile serta murah. Hasil yang ditampilkan adalah sinyal PQRST jantung pada software Scope Osiloskop. Untuk rangkaian hardware yang digunakan adalah rangkaian catu daya, rangkaian amplifier, rangkaian bandpass filter, dan rangkaian buffer. Setelah EKG berhasil dibuat selanjutnya dilakukan proses perbandingan dengan EKG Standard. Adapun selisih nilai tegangan dan waktu yang didapat untuk masingmasing lead adalah Lead I 0,02mV dan 0,004s, Lead II 0,02mV dan 0,003s, Lead III 0mV dan 0,01s. Hasil yang didapat tersebut masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG Standard.

Kata kunci : EKG, jantung

viii Skripsi


Istiqomah, Tyas


Istiqomah, Tyas, 2012, Design of Electrocardiograph (ECG). Final project was under guidance Ir.Welina Ratnayanti Kawitana and Franky Chandra S.A., S.T., M.T, Department of Physics, Faculty of Sains and Technology, Airlangga University, Surabaya ABSTRACT Heart as one of the vital organs of the body with its main function to circulate blood throughout the body, is vulnerable to diseases. In order to check the condition of one's heart health, ECG (electrocardiograph) is used, which is now very available in large quantities in the market. But the high price and its usage of which is not portable, becomes an obstacle to itself. Therefore, a design to create an efficient, mobile and cheap ECG was made. The results shown were the PQRST heart signals on the Oscilloscope Scope software. On the hardware, power supply, amplifier, bandpass filter and buffer circuits were utilized. After ECG (electrocardiograph) has succesfully made, it compared with standard ECG (electrocardiograph). The difference between the voltage and time values obtained for each lead is Lead I 0.02mV and 0.004s, Lead II 0.02mV and 0.003s, Lead III 0mV and 0.01s. The results are still included within the range of accuracy of ECG Standard.

Keywords : ECG, heart

ix Skripsi


Istiqomah, Tyas


DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ........................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ....................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI .................................................... iv KATA PENGANTAR................................................................................................ v ABSTRAK ................................................................................................................ viii ABSTRACT .............................................................................................................. ix

DAFTAR ISI ................................................................................................... x DAFTAR TABEL............................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xvii BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah.............................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah....................................................................................... 3 1.3 Batasan Masalah.............................................................................................. 4 1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 4 1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 5 2.1 Jantung

............................................................................................. 5

2.1.1 Elektrofisiologis Sel Jantung ................................................................. 7 2.1.2 Konduksi Jantung ................................................................................. 9 2.2 EKG (Elektrokardiograf)............................................................................. 11 2.2.1 Sadapan EKG ....................................................................................... 13 x Skripsi


Istiqomah, Tyas


2.2.2 Pembacaan EKG ................................................................................... 15 2.3 Elektroda

............................................................................................. 16

2.4 Rangkaian Instrumentasi ............................................................................. 18 2.4.1 Rangkaian Catu Daya............................................................................ 18 2.4.2 Rangkaian Diferensial Amplifier ........................................................... 19 2.4.3 Rangkaian Buffer .................................................................................. 21 2.4.3 Rangkaian Filter.................................................................................... 22 2.5 IC LM 324

............................................................................................. 24

2.6 Sound Card..... ............................................................................................ 26 2.7 Soundcard Osiloskop .................................................................................. 28 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................. 30 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian...................................................................... 30 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................... 30 3.2.1 Alat Penelitian ...................................................................................... 30 3.2.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 31 3.3 Blok Diagram ............................................................................................ 31 3.3.1 Cara Kerja Blok Diagram ...................................................................... 32 3.4 Prosedur Penelitian ..................................................................................... 33 3.4.1 Tahap Persiapan .................................................................................... 33 3.4.2 Tahap Perancangan ............................................................................... 34 3.4.3 Tahap Pembuatan.................................................................................. 41 3.4.4 Tahap Pengujian dan Perbandingan ....................................................... 41 3.4.5 Analisis Data ........................................................................................ 42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 44 4.1 Hasil Tampilan Akhir.................................................................................. 44

xi Skripsi


Istiqomah, Tyas


4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data ....................................................... 46 4.2.1 Pengujian Rangkaian Penguat ............................................................... 46 4.2.2 Pengujian Rangkaian Filter ................................................................... 48 4.2.3 Pengujian EKG Pada Pasien .................................................................. 49 4.3 Perbandingan Alat....................................................................................... 53 4.3.1 Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan .............. 53 4.3.2 Perbandingan Periode EKG Standard dan EKG Rancangan ................... 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 60 5.1 Kesimpulan..... ............................................................................................ 60 5.2 Saran................... ........................................................................................ 60 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 62 LAMPIRAN .............................................................................................................. 65

xii Skripsi


Istiqomah, Tyas


DAFTAR TABEL Nomor

Judul Tabel

Halaman

4.1

Hasil Uji Rangkaian Penguat ................................................................... 46

4.2

Perbandingan Amplitudo Lead I .............................................................. 54

4.3

Perbandingan Amplitudo Lead II............................................................. 55

4.4

Perbandingan Amplitudo Lead III ........................................................... 55

4.5

Perbandingan Periode Lead I ................................................................... 57

4.6

Perbandingan Periode Lead II.................................................................. 58

4.7

Perbandingan Periode Lead III ................................................................ 58

xiii Skripsi


Istiqomah, Tyas


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul Gambar

Halaman

2.1

Jantung.................................................................................................... 5

2.2

Potensial Aksi Jantung ............................................................................ 9

2.3

Struktur dan Sistem Konduksi Jantung .................................................... 10

2.4

Potensial Membran Pemacu Jantung ....................................................... 11

2.5

Sinyal Keluaran EKG .............................................................................. 12

2.6

Pemasangan Titik Reference Elektroda 3 Lead .............................................. 13

2.7

Segitiga Einthoven .................................................................................. 14

2.8

Hasil EKG Masing-Masing Lead ............................................................. 14

2.9

Sinyal EKG Normal ................................................................................ 16

2.10 Prinsip Kerja Elektroda ........................................................................... 17 2.11 Regulator 7805 .......................................................................................... 19 2.12 Rangkaian Penguat Diferensial .................................................................... 20 2.13 Rangkaian Buffer ................................................................................... 21 2.14 Rangkaian Low Pass Filter...................................................................... 24 2.15 Rangkaian High Pass Filter .................................................................... 24 2.16 Diagram Blok Op-Amp ........................................................................... 25 2.17 IC LM 324 .............................................................................................. 25 2.18 Sound Card ............................................................................................. 28 2.19 Tampilan Awal Soundcard Osiloskop ........................................................... 29 3.1

Blok Diagram EKG ................................................................................. 32

xiv Skripsi


Istiqomah, Tyas


DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Judul Lampiran

1.

Hasil Alat EKG ....................................................................................... 65

2.

Hasil Uji Rangkaian Penguat ................................................................... 67

3.

Hasil Uji EKG ......................................................................................... 70

4.

Datasheet IC LM 324 .............................................................................. 74

xvii Skripsi


Istiqomah, Tyas


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Jantung adalah salah satu organ vital bagi tubuh yang fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh. Jantung terdiri dari bagian kanan dan kiri yang terbagi menjadi atrium pada bagian atas jantung dan ventrikel pada bagian bawah jantung. Darah dari masing-masing atrium dikirim ke ventrikel. Darah dari ventrikel kanan dipompa ke paru dan darah dari ventrikel kiri dipompa ke seluruh tubuh. Jantung dapat berkontraksi yang biasa disebut dengan ritme jantung dari adanya mekanisme ini. (Guyton, 2006) Pada jantung terdapat otot yang berkontraksi secara otomatis hingga dihasilkan arus listrik dalam bentuk potensial aksi atau konduksi jantung dan ritme jantung dapat dikontrol (Kurachi, 2001). Arah konduksi jantung adalah dari Sinotrial (SA) node menuju Atriventricular (AV) node selanjutnya menuju bundle of his dan bercabang di serat purkinje yang masing-masing menuju ventrikel kiri dan ventrikel kanan (Jones, 2005). Konduksi jantung berhubungan dengan jumlah heart rate (detak jantung) per menit. Heart rate digunakan sebagai indikasi adanya kelainan pada jantung. Jumlah normal heart rate adalah 60-100 kali/menit. Jantung sebagai salah satu organ vital tubuh sangat rentan terserang penyakit. Pemeriksaan jantung biasa dilakukan dengan EKG (elektrokardiogram). Hasil yang ditampilkan pada EKG berupa sinyal PQRST dengan makna tertentu. Gelombang P sebagai bentuk adanya depolarisasi atrium, kompleks QRS berarti depolarisasi pada ventrikel, dan gelombang T berarti repolarisasi ventrikel.

1 Skripsi


Istiqomah, Tyas


2

Berdasarkan sinyal yang dihasilkan dapat dianalisa oleh dokter tentang penyakit yang diderita. Kebanyakan perangkat EKG saat ini merupakan produk import serta harga yang sangat mahal. Selain itu penggunaan perangkat EKG tersebut yang tidak praktis karena kurang mobile karena perangkatnya yang besar dan biasanya hanya dimiliki oleh rumah sakit besar. Subhi telah melakukan penelitian di tahun 2012 mengenai EKG. Penelitian yang dilakukannya adalah dengan menghitung jumlah heart rate dari satu lead saja, yaitu lead II yang ditampilkan pada LCD dengan sistem wireless. Namun penelitian ini dirasa kurang lengkap karena hanya menghitung jumlah heart rate tanpa bisa melihat kondisi jantung keseluruhan dari lead standard tubuh. Berdasarkan hal tersebut, maka dibuat rancang bangun EKG yang tetap bersifat mobile, dapat menampilkan bentuk kompleks PQRST jantung serta diambil dari tiga lead standard tubuh untuk penggunaan EKG. EKG yang dibuat menggunakan sistem soundcard ke laptop. Selain itu pembuatan di dalam negeri dengan biaya terjangkau juga menjadi sebuah kelebihan. Penggunaan soundcard juga dirasa praktis dan hasil yang didapatkan tidak terlalu banyak menimbulkan noise. Penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu software dan hardware. Pada bagian software terdapat tampilan sinyal jantung dengan bentuk kompleks P,Q,R,S,T yang ditampilkan pada program Scope Osiloskop. Pada bagian hardware terbagi atas beberapa rangkaian yang terdiri dari rangkaian catu daya, rangkaian amplifier, rangkaian filter, dan rangkaian buffer.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


3

Rangkaian catu daya digunakan sebagai sumber tegangan keseluruhan sistem hardware yang bekerja. Rangkaian Amplifier digunakan untuk penguat sinyal agar dapat diproses sistem. Rangkaian filter digunakan untuk mereduksi noise dan interferensi lainnya yang terbawa penguatan. Rangkaian buffer digunakan sebagai penyangga rangkaian. Sebagai pengukur dari tubuh pasien digunakan hanya tiga buah sadapan, yaitu RA (right arm), LA (left arm), dan LL (left leg) serta ditambah satu sadapan sebagai grounding yaitu di RL (right leg). Analisis yang dilakukan berdasarkan pengambilan data berupa nilai tegangan dari amplifier dan filter serta gambar sinyal yang ditampilkan untuk dibandingkan dengan alat yang sudah terkalibrasi. Diharapkan dengan adanya alat ini dapat memberikan tampilan sinyal yang rendah noise dan akurat serta dapat digunakan sebagai alat yang tepat guna di bidang medis.

1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah merancang bangun EKG mobile dan ditampilkan pada laptop? 2. Bagaimanakah kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan kalibrasi dengan EKG yang sudah standard?

Skripsi


Istiqomah, Tyas


4

1.3 Batasan Masalah Penelitian ini terbatas pada : 1. Sadapan yang digunakan sebanyak tiga buah dan diletakkan pada titik LA (left arm), LL (left leg) dan RA (right arm). Satu titik sadapan digunakan sebagai grounding, yaitu titik RL (right leg). 2. Perancangan difokuskan pada perangkat keras EKG. 3. Perancangan EKG hanya menampilkan sinyal kompleks P,Q,R,S,T pada laptop.

1.4 Tujuan Penelitian 1. Merancang bangun EKG yang bersifat mobile dan ditampilkan pada laptop. 2. Mengetahui kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan perbandingan dengan EKG yang sudah standard.

1.5 Manfaat Penelitian 1. EKG yang dapat dibuat diharapkan dapat menjadi suatu alat medis produksi lokal serta murah yang digunakan paramedis. 2. Dengan penggunaan soundcard diharapkan dapat memberikan sistem yang tersetting dan terprogram lebih baik dalam penggunaan alat medis seperti EKG serta mobile.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Jantung Secara fisiologi, jantung adalah salah satu organ tubuh yang paling vital fungsinya dibandingkan dengan organ tubuh lainnya. Dengan kata lain, apabila fungsi jantung mengalami gangguan maka besar pengaruhnya terhadap organorgan tubuh lainnya terutama ginjal dan otak karena fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh sebagai metabolisme sel-sel untuk kelangsungan hidup.

Gambar 2.1 Jantung (Guyton, 2006) Jantung terdiri dari dua bagian, yaitu jantung bagian kanan dengan fungsi sebagai pemompa darah ke paru dan jantung bagian kiri sebagai pemompa darah ke seluruh tubuh. Pada masing-masing bagian jantung terdapat dua bilik (ruang) yaitu atrium pada bagian atas jantung dan ventrikel pada bagian bawah jantung. Masing-masing atrium adalah sebuah pompa yang lemah untuk memompa darah ke ventrikel. Ventrikel sebagai pompa utama pengiriman darah baik ke paru 5 Skripsi


Istiqomah, Tyas


6

melalui ventrikel kanan dan ke seluruh tubuh melalui ventrikel kiri. Ketika sistem ini berfungsi normal, atrium berkontraksi kira-kira seper enam detik mendahului kontraksi ventrikel, sehingga memungkinkan pengisian ventrikel sebelum ventrikel memompa darah menuju paru-paru dan tubuh. Pada jantung terdapat otot yang mirip dengan otot rangka karena mekanisme kontraksi keduanya hampir sama. Namun terdapat beberapa perbedaan pada keduanya, yaitu otot jantung bekerja tanpa perintah neuron seperti pada otot rangka karena kerja otot jantung adalah otomatis. Perbedaan kedua terletak pada durasi kontraksi keduanya yang mana durasi (lama) kontraksi otot jantung lebih lama dibanding otot rangka. Jantung tersusun dari beberapa jenis otot, yaitu otot atrial, otot ventricular, otot excitatory dan serat otot conductive. Kontraksi jantung yang kuat terletak pada otot atrial dan otot ventricular. Otot excitatory dan otot conductive berkontraksi sangat lemah karena hanya terdiri dari sedikit benang-benang fibril. Namun, masing-masing otot tersebut berkontraksi secara otomatis hingga dihasilkan arus listrik dalam bentuk potensial aksi atau konduksi jantung dan ritme jantung dapat dikontrol (Kurachi, 2001). Sewaktu impuls jantung melewati jantung, arus listrik akan menyebar kedalam jaringan di sekeliling jantung dan sebagian kecil dari arus tersebut akan menyebar ke permukaaan tubuh yang lain. Jantung dapat

terserang penyakit

sehingga

jantung tidak dapat

menjalankan tugasnya dengan baik. Hal-hal tersebut antara lain: 1. Otot jantung yang lemah. Ini adalah kelainan bawaan sejak lahir. Otot jantung yang lemah membuat penderita tak dapat melakukan aktifitas yang

Skripsi


Istiqomah, Tyas


7

berlebihan, karena pemaksaan kinerja jantung yang berlebihan akan menimbulkan rasa sakit di bagian dada, dan kadangkala dapat menyebabkan tubuh menjadi Nampak kebiru-biruan. Penderita lemah otot jantung ini mudah pingsan. 2. Adanya celah antara serambi kanan dan serambi kiri, oleh karena tidak sempurnanya pembentukan lapisan yang memisahkan antara kedua serambi saat penderita masih di dalam kandungan. Hal ini menyebabkan darah bersih dan darah kotor tercampur. Penyakit ini juga membuat penderita tidak dapat melakukan aktifitas yang berat, karena aktifitas yang berat hampir dapat dipastikan akan membuat tubuh penderita menjadi biru dan sesak nafas, walaupun tidak menyebabkan rasa sakit di dada. Ada pula variasi dari penyakit ini, yakni penderitanya benar-benar hanya memiliki satu buah serambi (Azhar, 2009). 2.1.1 Elektrofisiologis Sel Jantung Dinding sel dalam tubuh manusia pada umumnya merupakan membran semipermeabel yang hanya dapat melewatkan zat-zat tertentu (Rosyadi, 2001). Sel-sel dalam tubuh tersusun dari protoplasma yang mengandung ion-ion yang terjadi akibat proses ionisasi. Ion-ion yang dominan adalah Na+ (sodium), K+ (potassium), dan Cl- (klorida). Terdapat beribu-ribu kanal ion pada membran selsel otot jantung (myocardium) yang merupakan jalur utama bagi ion-ion untuk berdifusi. Kanal-kanal tersebut bersifat relatif spesifik terhadap ion-ion tertentu, misalnya kanal Kalsium dilalui Ca++, kanal Kalium dilalui K+, kanal Natrium dilalui Na+, dan seterusnya. Selain itu, kanal-kanal ion tersebut dikontrol oleh

Skripsi


Istiqomah, Tyas


8

suatu mekanisme "pintu gerbang" sehingga dapat membuka dan menutup tergantung pada kondisi trans membran. Ion-ion cenderung membentuk persamaan elektron di dalam dan di luar sel, sehingga terjadi distribusi yang tidak seimbang dan menimbulkan gaya suatu gaya tarik menarik antara ion-ion dimana ion negatif (terutama anion organik) berkumpul di permukaan dalam, sedangkan ion positif (terutama Na+) berkumpul di permukaan luar membran sel. Keadaan ini dikatakan sel berada dalam stadium polarisasi. Ion-ion memiliki muatan listrik dan pada waktu sel tidak aktif, terdapat perbedaan potensial antara permukaan dalam dan luar membran sel sebesar 90 mV, dimana muatan intra sel lebih negatif dibandingkan muatan ekstra sel sehingga ditulis -90 mV. Keadaan ini terjadi saat membran sedang istirahat dan keadaan demikian dikatakan bahwa membran mengalami polarisasi. Membran yang sedang istirahat disebut dengan keadaan tanpa rangsang atau resting state. Pada keadaan ada rangsang terjadi kenaikan potensial membran plasma disebut depolarisasi dimana terjadi kenaikan potensial membran sebesar +35mV. Saat depolarisasi terjadi peningkatan ion Na

+

ekstra sel yang menyebabkan

permeabilitas membran terhadap ion Na juga meningkat sehingga dapat masuk ke intra sel dan intra sel bermuatan positif. Bila rangsang sudah tidak ada lagi terjadi penurunan potensial membran. Membran yang mengalami hiperpolarisasi mempunyai negatif potensial membran lebih besar dari pada saat potensial istirahat atau potensial membran depolarisasi. Pada saat hiperpolarisasi terjadi perpindahan ion Kalium dari intrasel

Skripsi


Istiqomah, Tyas


9

ke luar menuju ekstra sel sehingga intrasel bermuatan negatif. Selanjutnya membran mengalami proses repolarisasi yaitu proses pengembalian ion-ion Na+ ke luar sel dimana membran kembali ke potensial istirahat. Keseluruhan proses tersebut disebut dengan potensial aksi yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Potensial Aksi Jantung (Kuntarti, 2006) 2.1.2 Konduksi Jantung Kontraksi otot manapun akan selalu menimbulkan perubahan kelistrikan yang dikenal dengan istilah potensial aksi. Potensial aksi bisa terjadi bila suatu daerah membran syaraf atau otot mendapat rangsangan mencapai nilai ambang. Potensial aksi mempunyai kemampuan merangsang daerah sekitar sel membran untuk mencapai nilai ambang. Potensial aksi yang timbul pada otot jantung (miokardium) dan jaringan transmisi jantung inilah yang memberikan gambaran kelistrikan jantung (konduksi jantung). Adanya konduksi jantung dapat menghasilkan impuls listrik secara ritmis yang menyebabkan adanya kontraksi

Skripsi


Istiqomah, Tyas


10

ritmis otot jantung yang disebut ritme jantung, mengirim potensial aksi melalui otot jantung dan menyebabkan terjadinya detak jantung (Guyton, 2006).

Simpul SA Penghubung Simpul

Cabang berkas kiri

Simpul AV Serat Purkinje Berkas His Cabang berkas kanan

Gambar 2.3 Struktur dan Sistem Konduksi Jantung (Jones, 2005) Arah konduksi jantung berdasarkan Gambar 2.3 adalah dari simpul sinoatrial (SA) yang terletak pada bagian atas serambi kanan. Simpul SA inilah yang menimbulkan rangsangan yang menyebabkan jantung berkontraksi. Simpul atrioventrikular (AV) terletak pada dinding yang membatasi serambi kanan dan bilik kanan. Simpul ini berfungsi menghantarkan impuls dari serambi ke bilik. Impuls dari simpul AV kemudian diteruskan ke seluruh bilik melalui berkas His. Pada ujung berkas His terdapat banyak cabang. Cabang-cabang ini disebut serat Purkinje. Serat-serat Purkinje bertugas meneruskan impuls dari berkas His ke seluruh otot bilik. Bilik kemudian berkontraksi sehingga darah dipompa keluar dari bilik dan mengalir dalam sistem peredaran darah (Jones, 2005). Konduksi jantung berhubungan dengan jumlah heart rate (detak jantung) per menit. Heart rate digunakan sebagai indikasi adanya kelainan pada jantung.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


11

Jumlah normal heart rate adalah 60-100 kali/menit. Jika jumlah heart rate di bawah 60 kali/menit maka terjadi bradikardi, sedangkan jumlah heart rate yang di atas 100 kali/menit terjadi takikardi. Perbedaan potensial membran istirahat pada sistem konduksi jantung yang terdiri atas simpul SA, atrium, simpul AV, His-purkinje, dan ventrikel bergantung pada tipe potensial aksi masing-masing. Potensial aksi ini terdiri atas 2 tipe berdasarkan penyebab depolarisasi primer, yaitu tipe potensial aksi respon cepat dan potensial aksi respon lambat. Atrium, His-purkinje, dan ventrikel memiliki karakteristik potensial aksi respon yang cepat. Sedangkan yang memiliki karakteristik potensial aksi respons lambat yaitu simpul SA dan simpul AV. Gambar 2.4 menunjukkan potensial membran yang terjadi pada pemacu jantung.

Gambar 2.4 Potensial Membran Pemacu Jantung (Vena, 2010)

2.2 EKG (Elektrokardiograf) EKG adalah suatu gambaran grafis mengenai gambaran puncak aktifitas elektris dari serabut otot jantung, berupa kurva tegangan fungsi waktu yang terdiri

Skripsi


Istiqomah, Tyas


12

dari berbagai puncak (Heru, 2008). Sebuah EKG dapat digunakan untuk mengukur denyut jantung, mendiagnosis adanya infark mikroad yang sedang berkembang, mengidentifikasi aritmia dan efek dari obat dan peralatan yang digunakan pada penanganan jantung.

Gambar 2.5 Sinyal Keluaran EKG (Azhar, 2009) Urutan terjadinya sinyal elektrokardiograf berdasarkan Gambar 2.5 adalah sebagai berikut : 1. Gelombang P berasal dari kontraksi atrium dari sinus atrialis ke nodus atrio ventricularis saat darah mulai memasuki jantung dari seluruh tubuh. 2. Gelombang R adalah tanda akhir dari kontraksi atrium dan awal dari kontraksi ventrikel saat darah memasuki ruang ventrikel. 3. Kompleks QRS berasal dari adanya aktivitas kontraksi pada ventrikel yang memompakan darah ke seluruh tubuh dan merupakan gelombang tertinggi. 4. Gelombang T berasal dari repolarisasi ventrikel atau ventrikel kembali dalam keadaan istirahat setelah proses pemompaan darah ke seluruh tubuh selesai.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


13

5. Interval P-R menandakan waktu dari permulaan kontraksi atrial sampai permulaan kontraksi ventrikel. 6. Interval R-T menunjukkan kontraksi otot (ventrikel sistole), dan interval T-R menyebabkan adanya relaksasi otot (ventrikel diastole). (Hadiyoso, 2011) 2.2.1 Sadapan EKG Penggunaan EKG dilengkapi dengan pemasangan sadapan pada tubuh sebagai monitor adanya perubahan tegangan antara elektroda yang ditempatkan pada berbagai posisi di tubuh. Pengukuran sinyal pada EKG dilakukan dengan pemilihan tiga titik bipolar yang pertama kali diperkenalkan oleh Einthoven yang terletak di lengan kanan, lengan kiri, dan kaki kiri. Pengambilan titik reference ini kemudian dikenal dengan segitiga Einthoven yang digambarkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Pemasangan Titik Reference Elektroda 3 Lead (Vahed, 2005) Secara sederhana Gambar 2.6 dapat di tansformasikan ke dalam bentuk segitiga Einthoven pada Gambar 2.7.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


14

Gambar 2.7 Segitiga Einthoven (Vahed 2005) Gambar 2.6 dapat dijelaskan sebagai berikut : Lead I :

L1 = LA-RA (1)

LA (left arm) = potensial pada lengan kiri

Lead II :

L2 = LL-RA (2)

RA (right arm) = potensial lengan kanan

Lead III :

L3 = LL-LA (3)

LL (left leg) = potensial pada kaki kiri

Sehingga : Lead I + Lead III = LA-RA + LL-LA = LL-RA = Lead II Lead II – Lead I = Lead III (Aston, 1991)...................................(2.1)

Gambar 2.8 Hasil EKG Masing-Masing Lead (Aston, 1991)

Skripsi


Istiqomah, Tyas


15

Gambar 2.8 menunjukkan jika tegangan pada Lead III dapat dihitung dari Lead II dan Lead I. Setelah

dilakukan

penentuan

titik

reference

yang

mengunakan prinsip segitiga Einthoven selanjutnya adalah melakukan proses sadapan yang merupakan proses pencatatan sinyal elektrik jantung dari gabungan elektroda yang ditempatkan pada titik – titik reference tersebut. 2.2.2 Pembacaan EKG Mesin EKG merupakan alat yang digunakan untuk mengolah sinyal elektrik jantung melalui elektroda dan menampilkannya lewat kertas/layar monitor dengan skala tertentu. Aksis horizontal mewakili waktu dengan kecepatan 25mm/detik. Setiap kotak kecil kertas EKG berukuran 1 mm2. Dengan kecepatan 25 mm/s, 1 kotak kecil kertas EKG sama dengan 0,04 s (40 ms). Lima kotak kecil menyusun 1 kotak besar, yang sama dengan 0,20 s (200 ms) yang mana ada 5 kotak besar per menit. Standarisasi untuk voltase (amplitudo) adalah 1, artinya 10 kotak kecil vertikal (1 cm) mewakili 1 mV. Sinyal kalibrasi harus dimasukkan dalam tiap rekaman. Sinyal standar 1 mV harus menggerakkan jarum 1 cm secara vertikal, yakni 2 kotak besar di kertas EKG. Kalibrasi 1 mV diperlukan untuk standar perbandingan antara besarnya input dengan besarnya penguatan amplifier sesuai dengan kepekaan (sensitivity) yang dipilih. Standarisasi ini harus selalu konsisten agar dengan melihat amplitudo gambaran EKG, dapat diketahui ada tidaknya perubahan voltase dari konduksi jantung. Hasil EKG terdiri atas dua unsur yaitu komplek dan interval. Komplek yang normal adalah gelombang P, komplek QRS dan gelombang T (Soeliadi, 1991). Gambar 2.8 menunjukkan sinyal EKG normal seseorang.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


16

Gambar 2.9 Sinyal EKG Normal (Fandi dkk, 2006) Pengukuran EKG dilakukan dengan menggunakan penguat diferensial. Elektroda dua sadapan pada suatu waktu yang dipilih digunakan untuk input ke tahapan penguat diferensial. EKG amplifier biasanya memiliki penguatan sekitar 1000x sehingga meningkatkan nilai biopotensial sebesar 1mV menjadi sekitar 1 V. Grafik kecepatan dalam rekaman EKG telah distandarkan pada 25 dan 50 mm/s (McGraw-Hill, 2004).

2.3 Elektroda Elektroda biasa digunakan untuk pengukuran sinyal tubuh. Elektroda untuk mengambil sinyal-sinyal biolistrik berdasarkan prinsip bahwa kontak antara ion metal dengan metal yang bersesuaian menghasilkan potensial listrik yang disebut potensial elektroda. Potensial ektroda dihasilkan oleh adanya perbedaan laju perpindahan ion yang masuk dan keluar metal. Elektroda dibuat dari material yang memiliki resistansi rendah antara kulit dan permukaan elektroda. Menurut

Skripsi


Istiqomah, Tyas


17

polaritasnya, maka elektroda-elektroda EKG dapat dibagi menjadi elektroda positif (anoda), negatif (katoda) dan netral (ground electrode). Pengukuran potensial biolostrik memerlukan dua buah elektroda, maka tegangan yang terukur sesungguhnya merupakan perbedaan potensial antara kedua elektroda. Apabila kedua elektroda mempunyai jenis sama, maka besar potensial bergantung pada perbedaan nyata potensial ion antara dua titik pada tubuh yang sedang diukur. Salah satu sifat elektroda yang penting yang perlu diketahui adalah bahwa besar impedensi elektroda bergantung pada frekuensi. Perubahan impedansi elektroda dapat menimbulkan kesalahan pengukuran sinyal biolistrik. Gambar 2.10 menjelaskan tentang prinsip kerja elektroda.

Gambar 2.10 Prinsip Kerja Elektroda (Guyton, 2006) Dalam pemakaiannya untuk memperoleh sinyal biolistrik, elektroda memiliki jenis yang beragam. Pemakaian elektroda terdiri dari 2 jenis yaitu

Skripsi


Istiqomah, Tyas


18

invasive yang melukai kulit dan non-invasive yang tidak melukai kulit. Elektroda permukaan diletakkan pada permukaan kulit dengan tujuan mengukur isyarat listrik dari sejumlah unit motoris. Potensial elektroda dihasilkan oleh elektron yang meninggalkan gel elektrolit dan masuk ke logam (Rusmawati, 2006).

2.4 Rangkaian Instrumentasi 2.4.1 Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya berfungsi untuk menyediakan arus dan tegangan tertentu sesuai dengan kebutuhan beban dari sumber daya listrik yang ada (Istataqomawan, 2011). Selanjutnya rangkaian catu daya digunakan untuk menyuplai tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Salah satu rangkaian catu daya yang dapat digunakan pada rangkaian EKG adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan keluaran sebesar +5V. Untuk sebuah rangkaian catu daya yang memiliki tegangan rendah, biasanya digunakan baterai +9V. Sebagai penurun tegangan agar dihasilkan nilai +5V dapat menggunakan sebuah regulator 7805. Selain itu regulator 7805 digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap bernilai +5V walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukan. Regulator 7805 terdiri dari tiga kaki, yaitu, input, ground dan output. Input mendapat tegangan yang lebih tinggi dari sumber tegangan untuk diproses oleh regulator. Output adalah nilai akhir tegangan yang akan dihasilkan regulator 7805 sebesar +5V.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


19

Gambar 2.11 Regulator 7805 (Faludi, 2009) 2.4.2 Rangkaian Diferensial Amplifier Sinyal jantung umumnya memiliki amplitudo yang sangat kecil dalam jangkauan mV. Pada sebuah sistem instrumentasi biomedis, peran rangkaian penguat sangat penting. Penguat digunakan untuk menguatkan sinyal yang masuk dari tubuh dengan tetap memelihara bentuk dan karakteristik dari sinyal asli. Selanjutnya sinyal yang telah dikuatkan akan diproses sistem. Penguat awal biopotensial jantung menggunakan serangkaian penguat operasional. Salah satu sifat yang harus dimiliki rangkaian penguat operasional adalah memiliki impedansi input tinggi. Hal ini bertujuan agar sinyal input tidak terpengaruh oleh impedansi rangkaian. Selain itu, penguat instrumentasi juga harus memiliki CMRR (Common Mode Rejection Ratio) yang tinggi. Sinyal common mode adalah sinyal yang timbul dari hasil interferensi secara terusmenerus pada kedua input. Penguat yang memiliki CMMR tinggi berarti memiliki kemampuan yang lebih baik untuk memperkecil noise. Penguat yang baik juga harus low noise karena amplitudo sinyal input dari tubuh sangat rawan terhadap noise, bahkan bisa hilang, sehingga diperlukan

Skripsi


Istiqomah, Tyas


20

sebuah penguat dengan karakteristik low noise. Pembuatan penguat operasional juga harus menggunakan komponen dengan toleransi rendah (1%). Penguat operasional dibentuk dari penguat diferensial, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.12. R2 R1 Vin 1 Vin 2

R3

R4

2.12 Rangkaian Penguat Diferensial dimana R1=R3 dan R2=R4 𝑉out =

𝑅2 + 𝑅1 𝑅4 𝑅2 𝑉in2 − 𝑉in 1 𝑅1 𝑅4 + 𝑅3 𝑅1

𝑉out =

𝑅2 + 𝑅1 𝑅2 𝑅2 𝑉in2 − 𝑉in1 𝑅2 + 𝑅1 𝑅1 𝑅1

𝑉out =

𝑅2 𝑅2 𝑉in2 − 𝑉in1 𝑅1 𝑅1

𝑉out =

𝑅2 𝑉in2 − 𝑉in1 … … … … … … … … … … … … … … … … . (2.2) 𝑅1

Nilai penguatan (A) yang didapat dari Gambar 2.12 adalah perbandingan antara Vout dan (Vin2-Vin1) : A=

𝑉out 𝑅2 = … … … … … … … … … . . . (2.3) 𝑉in2 − 𝑉in1 𝑅1

Di dalam tubuh manusia, selain biopotensial, terdapat sinyal-sinyal lain yang dapat turut terukur dan mengganggu pengukuran. Sinyal gangguan yang terbesar datang dari interferensi sumber tegangan listrik jala-jala (PLN) yang disebabkan oleh efek kapasitansi antara tubuh manusia dengan jaringan tegangan

Skripsi


Istiqomah, Tyas


21

listrik yang ada di lingkungan sekitar. Pengaruh gangguan dari luar tidak akan turut diperkuat karena gangguan tersebut berpengaruh pada input positif dan input negatif penguat diferensial. 2.4.3 Rangkaian Buffer Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan output sama dengan tegangan input atau bisa juga disebut memiliki penguatan sama dengan 1. Rangkaian buffer banyak digunakan dan diaplikasikan pada sebuah rangkaian elektronika. Fungsi dari rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai sebuah rangkaian penyangga, dimana prinsip kerjanya adalah sebagai penguat arus tanpa ada penguatan tegangan. Selain itu rangkaian buffer juga berfungsi sebagai stabilizer sinyal agar tidak rusak ketika masuk rangkaian pertama kali. Rangkaian buffer yang dibangun dari sebuah Op-Amp dapat dibuat dengan sangat sederhana. Hal ini dikarenakan tidak diperlukannya komponen tambahan pada konfigurasi rangkaian buffer non-inverting. Gambar rangkaian buffer ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Vin Vout

Gambar 2.13 Rangkaian Buffer

Skripsi


Istiqomah, Tyas


22

Pada Gambar 2.13 terlihat jika terjadi hubungan feedback antara input inverting dan output Op-Amp. Rangkaian buffer tersebut dapat memberikan kemampuan mengalirkan arus secara maksimal sesuai kemampuan maksimal OpAmp mengalirkan arus output. Berdasarkan hal tersebut, maka didapat hubungan nilai tegangan seperti berikut: 𝑉in ≈ 𝑉out Sehingga diperoleh nilai penguatan tegangan sebagai berikut: 𝐴=

𝑉out = 1 … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.4) 𝑉in

Aplikasi rangkaian buffer yang dibuat baik dari transistor maupun dari OpAmp pada umumnya digunakan sebagai stabilizer sinyal, dimana salah satu aplikasi riil nya adalah pada sistem transimi sinyal dengan kabel. 2.4.4 Rangkaian Filter Sebuah sinyal terutama yang berasal dari tubuh sangat perlu untuk di filter. Sinyal di filter untuk mereduksi noise dan interferensi lainnya yang terbawa penguatan sinyal tersebut. Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk melewatkan sinyal-sinyal dengan frekusensi tertentu sesuai yang diperlukan dan menahan sinyal-sinyal dengan frekuensi yang tidak dikehendaki serta untuk memperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki. Rangkaian filter dapat bersifat pasif maupun aktif. Rangkaian filter aktif adalah rangkaian yang menggunakan Operasional Amplifier (Op-Amp) dengan komponen resistor dan kapasitor. Sedangkan filter pasif yaitu filter yang hanya tersusun dari resistor dan kapasitor, atau resistor dan induktor maupun kombinasi ketiga komponen tersebut.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


23

Filter aktif mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan filter pasif, seperti ukurannya yang lebih kecil, ringan dan murah serta memberikan banyak keleluasaan dalam hal perancangannya. Adapun kekurangan filter aktif ini adalah adanya kebutuhan akan catu daya dan kepekaan terhadap perubahan keadaan sekitarnya seperti perubahan suhu. Filter yang digunakan pada rangkaian EKG adalah low pass filter dan high pass filter. Low pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi di bawah tegangan cut-off dan menahan sinyal dengan frekuensi diatasnya. Fungsi dari penggunaan low pass filter adalah untuk mengeliminasi noise yang berasal dari interferensi gelombang elektromagnet dan sinyal otot. High pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi di atas tegangan cut off dan menahan sinyal dengan frekuensi di bawahnya. Fungsi dari penggunaan high pass filter adalah untuk mengeliminasi noise akibat pergerakan elektroda serta meredam arus DC pada penguat instrumentasi yang dapat menyebabkan level sinyal EKG naik. Untuk mendapatkan nilai perhitungan frekuensi pada filter maka digunakan rumus 𝑓 =

1 2𝜋𝑅𝐶

Pada sebuah rangkaian EKG, nilai frekuensi yang diloloskan sebagai frekuensi cut off untuk high pass filter sebesar 0,16 Hz yang cukup untuk meloloskan sinyal AC dan memblok sinyal DC. Sedangkan frekuensi cut off untuk low pass filter sebesar 16 Hz (Mega, 2006). Rangkaian low pass filter ditunjukkan pada Gambar 2.14 sedangkan rangkaian high pass filter ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


24

R

Vin

C

Vout

Gambar 2.14 Rangkaian Low Pass Filter C Vout Vin

R

Vout

Gambar 2.15 Rangkaian High Pass Filter

2.5 IC LM 324 IC LM 324 adalah salah satu jenis IC Operational Amplifier (Op-Amp). IC ini memiliki empat buah Op-Amp di dalamnya yang dapat diberi tegangan supply antara +5V sampai +15V untuk Vcc (+) dan -5V sampai -15V untuk Vcc (-). Pada dasarnya IC LM 324 adalah sebuah diferensial amplifier yang terdiri dari dua input dan satu output. Kedua input pada IC LM 324 terdiri dari masing-masing input inverting dan non-inverting. Sebuah Op-Amp dikatakan ideal adalah ketika memiliki penguatan yang tinggi. Namun terkadang hal ini membuat kondisi Op-Amp tidak stabil dan penguatannya menjadi tak terukur. Untuk mengatasi hal ini, diperlukan sebuah rangkaian feedback negatif agar Op-Amp dapat dirangkai dan memiliki nilai penguatan yang terukur.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


25

Vin 1 Vout Vin 2

Gambar 2.16 Diagram Blok Op-Amp IC LM 324 dapat juga dikatakan sebagai salah satu Op-Amp ideal karena beberapa karakteristiknya yang mendekati. Adapun beberapa keunggulan dari LM 324 adalah sebagai berikut: 1. Dapat bekerja pada single power supply (tidak perlu power supply ganda, misalnya +12 dan -12 Volt). 2. Tegangan supply bisa rendah, sampai 5 V. 3. Low power terutama penggunaannya yang bisa dengan menggunakan baterai saja. 4. Satu chip berisi empat Op-Amp sekaligus sehingga dapat digunakan untuk beberapa rangkaian.

Gambar 2.17 IC LM 324 (Sumber. www.solarbotics.com)

Skripsi


Istiqomah, Tyas


26

2.6 Soundcard Soundcard adalah perangkat keras yang biasa terdapat pada komputer dan berfungsi untuk mengolah data berupa audio atau suara. Soundcard memiliki format tata suara yang mendukung adanya sebuah sistem keluaran suara, misalnya sound yang memiliki 4 channel harus menggunakan speaker aktif dengan 4 speaker dan 1 subwover untuk mendapatkan hasil yang optimal. Soundcard dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan fisiknya. Adapun jenis-jenis Soundcard dilihat dari perbedaan fisik adalah: 1) Soundcard On Board Merupakan fasilitas audio yang sudah terpasang pada motherboard berbentuk chipset dan kinerja sound card on board masih membutuhkan bantuan prosesor utama. Soundcard on board dapat ditemui pada hampir semua jenis motherboard. Jika yang dibutuhkan hanya soundcard untuk musik, soundcard tipe ini merupakan pilihan yang baik. 2) Soundcard PCI Merupakan soundcard yang dipasangkan pada slot PCI motherboard. Soundcard tipe ini memiliki keunggulan pada kualitas yang dihasilkan. Jika hanya digunakan untuk keperluan standard, seperti mendengarkan musik, sound card tipe ini terlalu mahal. Namun jika digunakan untuk bermain game berat atau untuk kegiatan rekam suara, soundcard tipe ini merupakan pilihan yang tepat. Beberapa fungsi utama dari Soundcard adalah:

Skripsi


Istiqomah, Tyas


27

1. Synthesizer/Sintesis (generasi suara dari sinyal digital) Melalui teknologi Frekuensi Modulation (FM) adalah cara yang paling efektif untuk menghasilkan suara yang jernih. Suara disimulasikan dengan menggunakan bilangan algoritma untuk menghasilkan sine wave, atau gelombang yang lentur sehingga menghasilkan suara yang mirip suara sumber aslinya. Misalnya, suara denting gitar akan disimulasikan dan hasilnya akan mendekati suara aslinya. 2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Adalah sebuah standar protokol yang memungkinkan perangkat elektronik berkomunikasi, kontrol dan sinkronisasi satu sama lainnya. Dengan kata lain, MIDI memungkinkan pertukaran data sistem. 3. ADC (Analog to Digital Converter) Salah satu aplikasi penggunaan fungsi ADC adalah untuk mengubah masukan sinyal analog suara dari mikrofon ke mode digital. Contoh lain penggunaan ADC adalah dalam suatu rangkaian elektronika analog yang membutuhkan tampilan digital pada PC. 4. DAC (Digital to Analog Converter) Salah satu aplikasi penggunaan fungsi DAC adalah untuk reconverts digital ke sinyal output analog.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


28

Gambar 2.18 Sound Card

2.7 Soundcard Osiloskop Soundcard Osiloskop adalah sebuah software yang digunakan sebagai pengganti tampilan osiloskop. Software ini kompatibel dengan sistem sound card. Saat data dikirim melalui sound card, maka software Soundcard Osiloskop sudah dapat membaca data yang dikirim. Soundcard Oscilloscope berbasis PC dapat menerima data dari Soundcard dengan frekuensi 44,1Khz dan resolusi 16 bit. Sumber data dapat dipilih di windows mixer (Microphone, Line-In atau Wave). Frekuensi tergantung pada sound card, tetapi untuk frekuensi 20-20.000Hz bisa terjadi tetapi dengan soundcard yang baik. Frekuensi yang rendah dibatasi oleh AC coupling dari sinyal line-in.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


29

Input pada microphone biasanya hanya mono. Soundcard Osiloskop juga dilengkapi dengan sinyal generator dua channel dengan disertai pengaturan sinyal sinus, kotak, maupun segitiga dengan range frekuensi 0-20 kHz.

Gambar 2.19 Tampilan Awal Soundcard Osiloskop Sinyal yang muncul pada Soundcard Osiloskop dapat berasal dari sumber internal komputer (MP3 player atau function generator) atau dapat berasal dari sumber eksternal (Line-in atau microphone). Untuk sumber eksternal perlu diperhatikan syarat tertenu yaitu tidak melebihi tegangan input dan biasanya memiliki rentang + 0,7 V. Jika yang diterima adalah tegangan yang lebih tinggi, maka diperlukan adanya pembagi tegangan.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Rancang

bangun alat

dilaksanakan di Laboratorium

Biofisika

dan

Laboratorium Instrumentasi Medis Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, serta Laboratorium Mikroposesor Politeknik Kesehatan Surabaya selama kurun waktu kurang lebih 6 bulan.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1 Alat Penelitian Sebagai penunjang pelaksanaan pembuatan, pengukuran, pengamatan, dan pengujian alat EKG akan digunakan beberapa alat sebagai berikut :

Skripsi

1.

Multimeter

2.

Solder dan timah

3.

Bor

4.

Obeng

5.

Tang

6.

Tang potong

7.

Tang Kupas

8.

Lem Tembak

9.

Gergaji

30


Istiqomah, Tyas


31

10. Penyedot timah 11. Osiloskop 12. Laptop 3.2.2 Bahan Penelitian Bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan rancang bangun EKG adalah sebagai berikut : 1.

Baterai

2.

Resistor

3.

Kapasitor

4.

Pin Header

5.

PCB

6.

Saklar

7.

Elektroda

8.

IC LM 324

9.

Penjepit Elektroda

10. LED 11. Resistor Variabel 12. Regulator 7805

3.3 Blok Diagram Blok diagram EKG ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


32

Gambar 3.1 Blok diagram EKG 3.3.1 Cara Kerja Blok Diagram 1. Elektroda yang telah ditempel pada titik tertentu tubuh ( LA, RA, LL, RL) mengirim sinyal biopotensial listrik jantung menuju rangkaian EKG. 2. Sinyal yang telah masuk selanjutnya diproses pada kesatuan sistem rangkaian EKG. 3. Selanjutnya dengan melakukan pengiriman data menggunakan sound card sampai dapat diterima oleh program tampilan. 4. Data yang masuk ke laptop selanjutnya menampilkan sinyal jantung berupa kompleks P,Q,R,S,T. 5. Berdasarkan sinyal yang terbentuk akan didapat sebuah informasi mengenai keadaan jantung.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


33

3.4 Prosedur Penelitian Pada penelitian dan pembuatan EKG ini terbagi dalam lima tahapan untuk mencapai tujuan akhir. Lima tahapan tersebut adalah tahap persiapan, tahap perancangan, tahap pembuatan, tahap kalibrasi dan pengujian alat, dan tahap analisis data. Diagram alir prosedur penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 3.2. Tahap Persiapan

Tahap Perancangan EKG

Tahap Pembuatan

Kalibrasi dan Pengujian Alat

Analisis Data

Alat Siap Pakai

Gambar 3.2 Bagan Prosedur Penelitian 3.4.1 Tahap Persiapan Pada tahap ini, proses yang dilakukan adalah pencarian informasi dengan studi pustaka pada beberapa jurnal ilmiah dan tugas akhir yang berhubungan dengan

Skripsi


Istiqomah, Tyas


34

EKG serta penentuan komponen apa saja yang akan digunakan. Selain itu dipersiapkan pula alat-alat yang dibutuhkan agar menunjang proses penelitian dan pembuatan rancang bangun EKG. 3.4.2 Tahap Perancangan Untuk tahap kedua ini, terbagi dalam perancangan perangkat keras (hardware) serta perancangan perangkat lunak (software). A. Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Desain perancangan hardware dapat dilihat pada Gambar 3.3. Elektroda

Penguat Diferensial

Buffer

Filter

Laptop Gambar 3.3 Blok Diagram Hardware 1.

Elektroda berfungsi sebagai penghantar sinyal potensial listrik jantung menuju sistem hardware. Jenis elektroda yang digunakan adalah elektroda disposable yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Elektroda disposable adalah elektroda sekali pakai yang telah dilengkapi gel.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


35

Gambar 3.4 Elektroda Disposable 2.

Rangkaian penguat berfungsi sebagai penguat sinyal agar dapat diproses sistem, dikarenakan sinyal dari tubuh sangat lemah dan setelah diberi penguatan maka sinyal tubuh dapat diproses oleh rangkaian hardware. Penguat yang digunakan adalah jenis diferensial amplifier yang memiliki dua input dari tubuh. Gambar rancangan rangkaian penguat dapat dilihat pada Gambar 3.5. Input tubuh berasal dari titik RA dan LA yang masuk ke pin 2 dan 3 Op-Amp dari IC LM 324. Setelah didapat selisih nilai tegangan input, maka besar penguatan dan nilai tegangan output dapat dilihat pada pin 1 OpAmp. Rangkaian amplifier yang dirancang juga dilengkapi rangkaian driven right leg pada RL (Right Leg) yang berfungsi untuk menetralkan pada Ground. Besarnya penguatan didapat dari perhitungan nilai resistor berdasarkan persamaan pada Bab 2.4.2.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


A

R2

36

R2

R1

Gambar 3.5 Rangkaian Penguat Diferensial (A) 3.

Buffer berfungsi sebagai penyangga dimana rangkaian ini tidak memiliki nilai penguatan. Prinsip dasar dari rangkaian buffer adalah sebagai penguat arus tanpa ada penguatan tegangan. Rangkaian buffer yang dibuat dari Op-Amp IC LM 324 sangat sederhana karena tidak membutuhkan komponen tambahan dengan input dari non-inverting. Input non-inverting yang digunakan berasal dari pin 5 Op-Amp IC LM 324. Pin 7 sebagai output dihubungkan kembali sebagai feedback pada input inverting pin 6 IC LM 324. Pada perancangan rangkaian buffer ini digunakan salah satu Op-Amp yang terdapat pada IC LM 324. Gambar rangkaian buffer yang digunakan untuk perancangan EKG dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


37

A

Gambar 3.6 Rangkaian Buffer (A) 4.

Filter berfungsi sebagai penyaring frekuensi tertentu yang akan diteruskan pada rangkaian dan frekuensi lainnya akan dibuang. Pada rangkaian EKG ini, filter yang digunakan adalah low pass filter dan high pass filter. Rangkaian filter yang digunakan tidak hanya satu jenis namun terdapat beberapa kali filter di setiap rangkaian. Nilai frekuensi yang diloloskan pada masing-masing filter didapatkan berdasarkan persamaan pada Bab 2.4.4. Low pass filter:

High pass filter:

Skripsi


Istiqomah, Tyas


38

Gambar rangkaian low pass filter yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan gambar rangkaian high pass filter dapat dilihat pada Gambar 3.8. A

B

Keterangan: A: Rangkaian Low Pass Filter Aktif B: Rangkaian Low Pass Filter Pasif Gambar 3.7 Rangkaian Low Pass Filter A

A

Gambar 3.8 Rangkaian High Pass Filter Pasif (A)

Skripsi


Istiqomah, Tyas


39

Gambar rangkaian EKG keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.9.

1M

1M

Gambar 3.9 Rangkaian EKG B. Perancangan Perangkat Lunak (Software) 1.

Pengiriman data berupa sinyal jantung dari tubuh yang masuk ke sistem hardware melalui elektroda disposable selanjutnya dikirim menggunakan soundcard. Setelah pengiriman data sukses, maka akan dilanjutkan dengan tampilan sinyal pada software yang ada. Tampilan software yang digunakan adalah seperti pengganti osiloskop, yaitu SoundCard Osiloskop. Adanya tampilan berupa software ini bertujuan untuk menampilkan sinyal kompleks P,Q,R,S,T dalam bentuk visual yang merupakan karakteristik dari sinyal jantung. Alur perangkat lunak (software) ditunjukkan oleh Gambar 3.10.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


40

Start

Soundcard

Transfer data ke laptop

T

Apakah sudah diterima laptop

Y

Cek Data

Ada data masuk? T

Tampilkan sinyal Y End

Gambar 3.10 Diagram Alir Perangkat Lunak (software)

Skripsi


Istiqomah, Tyas


41

3.4.3 Tahap Pembuatan Pada tahap pembuatan, semua rancangan rangakaian (layout) dibuat dan dirangkai sesuai dengan yang diharapkan. Pada saat tahap pembuatan ini juga harus disertai dengan pemilihan komponen yang tepat sehingga hasil yang didapat akan sesuai harapan. Kesalahan dalam pemilihan komponen dapat menyebabkan kegagalan kerja alat dan menambah jangka waktu pengerjaan dari yang di targetkan. 3.4.4 Tahap Pengujian dan Perbandingan Pada tahap ini dilakukan pengujian dan perbandingan pada alat yang telah dibuat. Pengujian bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian yang dibuat. Perbandingan alat bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian EKG yang berhasil dibuat untuk dibandingkan dengan EKG yang sudah terstandarisasi. Pengujian alat dilakukan pada rangkaian EKG. Rangkaian yang dilakukan pengujian adalah rangkaian diferensial amplifier dan rangkaian filter. Hasil pengujian ini nantinya akan dapat diketahui kekurangan-kekurangan yang ada. Untuk melakukan pengujian pada kedua rangkaian, digunakan perangkat osiloskop dan function generator. Untuk menguji kinerja rangkaian penguat diferensial dilakukan dengan mencari linieritas dari rangkaian tersebut. Cara yang dilakukan adalah dengan memberikan variasi tegangan input pada rangkaian penguat diferensial menggunakan function generator sebagai pengganti sinyal yang berasal dari tubuh dan diamati pada osiloskop. Variasi tegangan input yang digunakan adalah antara 0 mV-80 mV. Setelah itu dibuat grafik linieritas sumbu X sebagai tegangan input dan sumbu Y

Skripsi


Istiqomah, Tyas


42

sebagai tegangan output sehingga diketahui tingkat linieritas dari rangkaian penguat diferensial. Sedangkan untuk menguji kinerja rangkaian filter dilakukan uji respon frekuensi terhadap rangkaian tersebut. Cara yang dilakukan adalah dengan memberikan input variasi frekuensi pada rangkaian filter dimana nilai tegangan selalu tetap pada input. Variasi frekuensi yang digunakan adalah antara 0,1 Hz-20 Hz. Hasil yang didapat berupa nilai amplitudo yang terdapat pada output dan untuk mengamati perubahan tegangan amplitudo dapat diamati pada osiloskop. 3.4.5 Analisis Data Data yang diambil dari masing-masing pengujian digunakan untuk menentukan kinerja dari alat yang telah dibuat. Analisis data pada perancangan EKG antara lain: 1. Mengetahui kinerja rangkaian penguat diferensial apakah didapat grafik yang linier antara tegangan input dan tegangan output dan seberapa besar rata-rata nilai penguatan yang dihasilkan. 2. Mengetahui kinerja rangkaian filter apakah frekuensi yang berhasil ditangkap oleh rangkaian telah sesuai dengan teori, yaitu sebesar 0,16 Hz16 Hz. 3. Memastikan sinyal yang ditampilkan telah sesuai dengan yang diharapkan menggunakan laptop. Sinyal yang seharusnya ditampilkan pada laptop adalah sinyal PQRST yang merupakan sinyal karakteristik jantung.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


43

4. Mengetahui kinerja EKG yang dibuat setelah dilakukan perbandingan dengan EKG yang sudah standard. EKG hasil rancangan dinyatakan telah bekerja dengan baik ketika nilai rata-rata setelah dilakukan tiga kali pengukuran yang didapat masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG Standard yang dinyatakan dalam simbol

Skripsi


Istiqomah, Tyas


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Tampilan Akhir Tampilan akhir dari sinyal tubuh pada pembuatan EKG ini ditampilkan pada program Soundcard Osiloskop. Untuk dapat menampilkan sinyal pada Soundcard Osiloskop, terlebih dahulu sinyal tubuh yang telah masuk pada rangkaian hardware selanjutnya dikirim dengan memanfaatkan soundcard. Pengiriman data melalui soundcard relatif mudah dan tidak banyak kendala. Hanya saja sinyal yang tubuh berupa kompleks PQRST memang masih terdapat noise, namun masih dapat terbaca dengan jelas perbedaannya. Sebelum menggunakan program Soundcard Osiloskop, terlebih dahulu digunakan tampilan pada program Delphi. Tampilan awal pemrograman Delphi yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Tampilan Awal EKG pada Delphi

Skripsi

44


Istiqomah, Tyas


45

Namun penggunaan program Delphi tidak dapat berjalan dengan baik. Setelah sinyal diproses pada sistem hardware untuk selanjutnya dikirim melalui sound card berhasil, hal yang sama tidak dapat terjadi pada program Delphi yang telah dibuat. Sinyal jantung yang seharusnya muncul sebagai bentuk PQRST tidak dapat terlihat pada program Delphi. Hal ini dikarenakan terdapat ketidaksinkronan antara pengiriman sinyal untuk diterima dengan Delphi. Sebagai pengganti tampilan dari sistem EKG, digunakan program Soundcard Osiloskop yang merupakan pengganti tampilan osiloskop analog. Tampilan awal dari program Soundcard Osiloskop ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Tampilan Awal EKG Pada Soundcard Osiloskop Program Soundcard Osiloskop yang digunakan adalah versi 1.40 yang dirilis pertama kali pada 16 Juli 2011.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


46

4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis Data Pada penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil pengujian, antara lain pengujian pada rangkaian penguat instrumentasi untuk mendapatkan nilai tegangan akhir setelah penguatan dan pengujian tampilan sinyal PQRST pada Soundcard Osiloskop setelah dipakai pada pasien uji. 4.2.1 Pengujian Rangkaian Penguat Rangkaian penguat sebagai penguat sinyal tubuh yang telah berhasil dirancang, diuji dengan menggunakan osiloskop sebagai tampilan awal dan function generator sebagai pembangkit pulsa. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai penguatan rangkaian setelah dilakukan pengujian berulang. Sinyal yang tampil pada osiloskop berupa sinyal sinus, karena pembangkit pulsa pada function generator diatur pada posisi sinyal sinus. Berdasarkan uji yang dilakukan, didapat data yang disajikan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Uji Rangkaian Penguat

Skripsi

No

Vin

Vout

Gain

1

0 mV

0 mV

0

2

12 mV

110 mV

9,16x

3

20 mV

180 mV

9x

4

30 mV

200 mV

6,7x

5

32 mV

260 mV

8x

6

40 mV

360 mV

9x

7

50 mV

680 mV

13,6x

8

60 mV

720 mV

12x


Istiqomah, Tyas


47

9

70 mV

800 mV

11,4x

10

80 mV

1000 mV

12,5x

Berdasarkan data pada Tabel 4.1 didapatkan nilai penguatan masingmasing dengan perhitungan sebagai berikut: 𝐴=

𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛

vout 1200

V out (mV)

1000

80; 1000

800

70; 800 60; 720 50; 680

600 400

vout

40; 360 32; 260 30; 200 20; 180 12; 110

200 0

0; 0 0

20

40

60

80

100

V in (mV)

Gambar 4.3 Grafik Linieritas Rangkaian Penguat Berdasarkan Gambar 4.3 dapat dilihat jika semakin tinggi tegangan input maka tegangan output yang dihasilkan juga semakin besar. Namun dalam rangkaian penguat yang digunakan nilai penguatannya tidak menghasilkan grafik linier karena penguatannya tidak stabil. Hal ini bisa disebabkan karena pemilihan komponen yang kurang tepat sehingga kerjanya tidak stabil. Nilai tegangan output dari tubuh sangat kecil (orde mV), sehingga diperlukan sebuah rangkaian penguat untuk bisa menampilkan sinyal jantung PQRST sesuai yang diharapkan. Oleh karena itu, pada rangkaian EKG yang

Skripsi


Istiqomah, Tyas


48

dibuat juga dilengkapi dengan rangkaian penguat. Komponen yang digunakan sebagai penguat adalah IC jenis LM 324 yang banyak ditemukan di pasaran. 4.2.2 Pengujian Rangkaian Filter Rangkaian filter sebagai peredam noise yang bisa masuk dalam rangkaian yang telah berhasil dirancang, diuji dengan menggunakan osiloskop sebagai tampilan dan function generator sebagai pembangkit pulsa. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja rangkaian filter yang dibuat. Pengujian dilakukan pada high pass filter dan low pass filter untuk mendapatkan nilai frekuensi cut off yang sebenarnya pada rangkaian. Grafik pengujian rangkaian

V (mV)

filter ditunjukkan pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5. 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

0,9; 1; 1 12; 1 3; 1 4; 1 5; 1 6; 1 0,8; 0,8 0,7; 0,6 0,1; 0,4

0

2

4

6

V 8

f (Hz)

Gambar 4.4 Grafik Pengujian High Pass Filter 1

7; 0,9 9; 0,9 8; 0,9 10; 0,9

V (mV)

0,8

12; 0,7 14; 0,6 15; 0,5 16; 0,4 18; 0,3 20; 0,2

0,6 0,4 0,2

V

0 0

10

20

30

f (Hz)

Gambar 4.5 Grafik Pengujian Low Pass Filter

Skripsi


Istiqomah, Tyas


49

Kedua rangkaian filter yang digunakan selanjutnya dicari nilai frekuensi cut off sebenarnya setelah dilakukan penggabungan grafik menjadi grafik rangkaian band pass filter. 1,2 1; 1 0,9;2;113; 14; 15; 16; 1 10; 0,9 7; 0,9 8; 0,9 9; 0,9 0,8; 0,8 12; 0,7 0,7; 0,6 14; 0,6 15; 0,5 0,1; 0,4 16; 0,4 18; 0,3 20; 0,2

1

V (mV)

0,8

0,6 0,4 0,2

V

0

0

5

10

15

20

25

f (Hz)

Gambar 4.6 Grafik Band Pass Filter Berdasarkan Gambar 4.6 didapat nilai cut off untuk high pass filter adalah 1 Hz dan nilai cut off untuk low pass filter adalah 10 Hz. Nilai cut off yang seharusnya dicapai pada rangkaian filter adalah dengan rentang 0,16 – 16 Hz, namun pada rangkaian yang digunakan tidak dapat dicapai nilai optimal tersebut. Hal ini berarti ada frekuensi yang seharusnya diloloskan oleh rangkaian menjadi tidak diloloskan dan menunjukkan jika filter belum mampu mengurangi noise secara maksimal. 4.2.3 Pengujian EKG Pada Pasien Setelah dilakukan pengujian masing-masing blok rangkaian yang digunakan, selanjutnya dilakukan pengujian rangkaian EKG dalam bentuk analog

Skripsi


Istiqomah, Tyas


50

pada pasien. Tampilan yang digunakan adalah osiloskop digital. Pengujian dilakukan pada seorang pasien dengan peletakan tiga lead berbeda. Adapun beberapa hal yang dilakukan dalam pengambilan data adalah: a. Pemasangan Lead Terdapat tiga jenis pemasangan lead. Lead pertama adalah dengan pemasangan dua elektrode pada lengan kanan dan lengan kiri. Lead kedua adalah dengan pemasangan dua elektrode pada lengan kanan dan kaki kiri. Lead ketiga adalah pemasangan dua eletrode pada lengan kiri dan kaki kiri. Untuk masing-masing pengukuran, ditambah satu elektrode pada kaki kanan yang berfungsi sebagai ground. Pemasangan lead dengan cara seperti ini sesuai dengan prinsip segitiga Einthoven yang telah dijelaskan pada Bab II.

Gambar 4.7 Pemasangan Elektroda Lead I

Skripsi


Istiqomah, Tyas


51

Gambar 4.8 Pemasangan Elektroda Lead II

Gambar 4.9 Pemasangan Elektroda Lead III b. Pengambilan Data Sinyal PQRST pada Tampilan Akhir Pengambilan data dilanjutkan dengan melakukan uji pada tampilan akhir di laptop dengan seorang pasien uji. Proses pemasangan lead sama dengan proses pemasangan awal hanya saja tampilan akhir yang membedakan. Pengambilan data ini selanjutnya ditampilkan pada software Soundcard Osiloskop yang telah dipersiapkan sebelumnya.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


52

Gambar 4.10 Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead I

Gambar 4.11 Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead II

Gambar 4.12 Hasil Pengujian Tampilan Akhir Lead III

Skripsi


Istiqomah, Tyas


53

4.3 Perbandingan Alat Untuk mengetahui apakah alat EKG yang telah dibuat sudah sesuai standard, maka dilakukan tahap perbandingan atau pengujian antara alat yang sudah paten dengan alat yang berhasil dibuat. Cara yang dilakukan adalah dengan membandingkan nilai ampiluto berupa tegangan pada gelombang R dan membandingkan nilai periode berupa waktu pada gelombang R-R. Perbandingan dilakukan pada tiga lead yang digunakan, yaitu Lead I, Lead II, dan Lead III setelah dipasang pada pasien. Untuk kompleks gelombang P,Q,S,T dari sinyal jantung tidak dilakukan perbandingan dikarenakan EKG rancangan belum dapat mendeteksi adanya gelombang tersebut. Hal ini disebabkan hasil tampilan akhir dari EKG rancangan masih terdapat noise yang menyebabkan tidak adanya perbedaan antara gelombang P,Q,S,T dan noise yang muncul. Pada proses perbandingan amplitudo dan periode yang dilakukan pada gelombang R dan gelombang R-R, EKG Rancangan dinyatakan telah bekerja dengan baik ketika nilai rata-rata yang didapat masih termasuk dalam rentang nilai ketelitian EKG Standard yang dinyatakan dalam simbol ∆. 4.3.1 Perbandingan Amplitudo EKG Standard dan EKG Rancangan Nilai perbandingan amplitudo antara kedua EKG diambil berdasarkan ketiga lead yang digunakan. Masing-masing lead dilakukan hingga tiga kali pengukuran untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Nilai amplitudo didapat dari perhitungan nilai tegangan (mV) yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap satu kotak kecil bernilai 0,1mV.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


54

Hasil perbandingan Lead I ditunjukkan pada Tabel 4.2, hasil perbandingan Lead II ditunjukkan pada Tabel 4.3, dan hasil perbandingan Lead III ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.2 Perbandingan Amplitudo Lead I Pengukuran ke-

EKG Standard Tegangan X1

X12 (mV)

EKG Rancangan Tegangan X2

(mV)

(mV)

I

0,20

0,04

0,20

II

0,18

0,0324

0,20

III

0,16

0,0256

0,20

n=3

𝑋1 = 0,54 Ʃ

𝑋12 = 0,098 Ʃ

𝑥2 = 0,20

𝑥1 = ∆𝑋1 =

Ʃ1 𝑋 0,54 = = 0,18 𝑚𝑉 𝑛 3 𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,02 𝑚𝑉 𝑛−1

𝑋1 = 𝑋1 ± ∆𝑋1 = 0,18 ± 0,02 𝑚𝑉 𝑋2 = 0,2 mV Nilai 𝑋2 𝑚𝑎𝑠𝑖ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑋1

Skripsi


Istiqomah, Tyas


55

Tabel 4.3 Perbandingan Amplitudo Lead II Pengukuran ke-


X12 (mV)

EKG Rancangan Tegangan X2

(mV)

(mV)

I

0,36

0,1296

0,4

II

0,36

0,1296

0,36

III

0,34

0,1156

0,36

n=3

𝑋1 = 1,06 Ʃ

𝑋12 = 0,3748 Ʃ

𝑥2 = 0,373

𝑥1 =

Ʃ1 𝑋 1,06 = = 0,353 𝑚𝑉 𝑛 3 𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,02 𝑚𝑉 𝑛−1

∆𝑋1 =


Tabel 4.4 Perbandingan Amplitudo Lead III Pengukuran ke-


X12 (mV)

(mV)

Skripsi

EKG Rancangan Tegangan X2 (mV)

I

0,16

0,0256

0,18

II

0,16

0,0256

0,14

III

0,20

0,04

0,20

n=3

𝑋1 = 0,52 Ʃ

𝑋12 = 0,0912 Ʃ

𝑥2 = 0,173


Istiqomah, Tyas


𝑥1 = ∆𝑋1 =

56

Ʃ1 𝑋 0,52 = = 0,173 𝑚𝑉 𝑛 3 𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,033 𝑚𝑉 𝑛−1

𝑋1 = 𝑋1 ± ∆𝑋1 = 0,173 ± 0,033 𝑚𝑉 𝑋2 = 0,173 mV Nilai 𝑋2 𝑚𝑎𝑠𝑖ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑋1 Berdasarkan prinsip segitiga Einthoven dimana nilai tegangan pada Lead II – Lead I = Lead III, maka didapat nilai tegangan dari EKG Standard dan EKG Rancangan sebagai berikut: a. EKG Standard: 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼𝐼 − 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼 = 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼𝐼𝐼 0,353 𝑚𝑉 − 0,18 𝑚𝑉 = 0,173 𝑚𝑉 (𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖) b. EKG Rancangan: 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼𝐼 − 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼 = 𝐿𝑒𝑎𝑑 𝐼𝐼𝐼 0,373 𝑚𝑉 − 0,2 𝑚𝑉 = 0,173 𝑚𝑉 𝑠𝑒𝑠𝑢𝑎𝑖 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 Berdasarkan perbandingan amplitudo yang telah dilakukan pada Lead I, Lead II, dan Lead III dengan masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran, didapat hasil jika nilai tegangan (mV) yang dihasilkan EKG Rancangan masih dalam rentang EKG Standard, sehingga EKG Rancangan dinyatakan bekerja dengan baik. 4.3.2 Perbandingan Periode EKG Standard dan EKG Rancangan Nilai perbandingan periode antara kedua EKG juga diambil berdasarkan ketiga lead yang digunakan. Masing-masing lead dilakukan hingga tiga kali pengukuran untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Nilai periode didapat dari

Skripsi


Istiqomah, Tyas


57

perhitungan nilai waktu (s) yang terbaca pada tiap kotak hasil pembacaan EKG, dimana tiap satu kotak kecil bernilai 0,04s. Hasil perbandingan Lead I ditunjukkan pada Tabel 4.5, hasil perbandingan Lead II ditunjukkan pada Tabel 4.6, dan hasil perbandingan Lead III ditunjukkan pada Tabel 4.7.

Tabel 4.5 Perbandingan Periode Lead I Pengukuran

EKG Standard

EKG Rancangan

Waktu X1 (s)

X12 (s)

Waktu X2 (s)

I

0,13

0,0169

0,13

II

0,12

0,0144

0,12

III

0,12

0,0144

0,13

n=3

𝑋1 = 0,37 Ʃ

𝑋12 = 0,0457 Ʃ

𝑥2 = 0,127

ke-

𝑥1 = ∆𝑋1 =

Ʃ1 𝑋 0,37 = = 0,123 𝑚𝑉 𝑛 3 𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,012 𝑚𝑉 𝑛−1

𝑋1 = 𝑋1 ± ∆𝑋1 = 0,123 ± 0,012 𝑚𝑉 𝑋2 = 0,127 𝑚𝑉 Nilai 𝑋2 𝑚𝑎𝑠𝑖ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑋1

Skripsi


Istiqomah, Tyas


58

Tabel 4.6 Perbandingan Periode Lead II Pengukuran

EKG Standard

EKG Rancangan

Waktu X1 (s)

X12 (s)

Waktu X2 (s)

I

0,14

0,0196

0,13

II

0,13

0,0169

0,14

III

0,14

0,0196

0,13

n=3

𝑋1 = 0,41 Ʃ

𝑋12 = 0,0561 Ʃ

𝑥2 = 0,133

ke-

Ʃ1 𝑋 0,41 = = 0,136 𝑚𝑉 𝑛 3

𝑥1 =

𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,023 𝑚𝑉 𝑛−1

∆𝑋1 =


Tabel 4.7 Perbandingan Periode Lead III Pengukuran

EKG Rancangan

Waktu X1 (s)

X12 (s)

Waktu X2 (s)

I

0,14

0,0196

0,12

II

0,13

0,0169

0,12

III

0,13

0,0169

0,13

𝑋12 = 0,0534 Ʃ

𝑥2 = 0,123

ke-

n=3

Skripsi

EKG Standard

𝑋1 = 0,40 Ʃ


Istiqomah, Tyas


𝑥1 = ∆𝑋1 =

59

Ʃ1 𝑋 0,4 = = 0,133 𝑚𝑉 𝑛 3 𝑋12 − 𝑛 𝑥12 Ʃ = 0,014 𝑚𝑉 𝑛−1

𝑋1 = 𝑋1 ± ∆𝑋1 = 0,133 ± 0,014 𝑚𝑉 𝑋2 = 0,123 mV Nilai 𝑋2 𝑚𝑎𝑠𝑖ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑋1 Berdasarkan perbandingan periode yang telah dilakukan pada Lead I, Lead II, dan Lead III dengan masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali pengukuran, didapat hasil jika nilai waktu (s) yang dihasilkan EKG Rancangan masih dalam rentang EKG Standard, sehingga EKG Rancangan dinyatakan bekerja dengan baik. Untuk tahap kalibrasi yang dilakukan masih terdapat kekurangan, yaitu penggunaan kedua alat yang tidak dilakukan secara bersamaan. Kondisi ideal melakukan kalibrasi adalah ketika kedua alat dipasang bersama dan digunakan pada waktu yang bersamaan sehingga dapat diambil waktu keterlambatan dari alat rancangan.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Elektrokardiograf (EKG) telah dibuat dapat menampilkan sinyal kompleks PQRST jantung pada tampilan laptop untuk pemasangan tiga lead berbeda. 2. Elektrokardiograf (EKG) yang dibuat juga telah dibandingkan dengan EKG Standard dari tiga lead berbeda. Adapun selisih nilai tegangan dan waktu yang didapat untuk masing-masing lead adalah Lead I 0,02mV dan 0,004s, Lead II 0,02mV dan 0,003s, Lead III 0mV dan 0,01s. Hasil yang didapat tersebut masih termasuk dalam rentang ketelitian EKG Standard. 3. Perhitungan gelombang P,Q,S,T belum dapat dilakukan karena sinyal yang terlalu kecil dan bercampur dengan noise.

5.1 Saran Berikut ini adalah beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian lebih lanjut : 1. Sinyal EKG pada tampilan akhir belum bersih dari noise sehingga gelombang PQRST tidak terlihat jelas. Penelitian berikutnya dapat digunakan FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengetahui nilai frekuensi

60 Skripsi


Istiqomah, Tyas


61

yang menyebabkan terjadinya noise. Langkah ini sebagai dasar dalam merancang filter agar diperoleh EKG yang rendah noise. 2. Pada penelitian berikutnya dalam membandingkan EKG hendaknya dilakukan pengambilan data pasien secara bersamaan untuk mendapatkan nilai tegangan dan waktu pada gelombang PQRST. 3. Uji kinerja amplifier hendaknya dilakukan pada rentang kerja dari amplifier yang digunakan untuk penguatan sinyal EKG. 4. Untuk penelitian berikutnya diharapkan rangkaian EKG dilengkapi dengan rangkaian isolasi untuk keamanan pasien. 5. Dikembangkan software yang dapat bekerja secara real time yang dapat menampilkan kondisi jantung.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


DAFTAR PUSTAKA Azhar dan Suyanto., 2009, Studi Identifikasi Sinyal EKG Irama Myocardial Ischemia dengan Pendekatan Fuzzy Logic, Jurnal Teknik Industri Volume 7, Nomor 4, Juli 2009 : 193–206. Cahyono, Y., Susilo R, E., Novitaningtyas, Y., 2008, Rekayasa Biomedik Terpadu untuk Mendeteksi Kelainan Jantung, Jurnal Fisika dan Aplikasinya Volume 4, Nomor 2 JUNI 2008 Jurusan Fisika-FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Christian Zeitnits. 2012. Soundcard Oscilloscope. http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en/ Darmayasa, P., 2006, Tutorial Mikrokontroler, http://www.geocities.com /tu_darma/serialhtml Faludi, Robert, 2009, Fundamentals of Physichal Computing School of Visual Arts, http://interactiondesign.sva.edu. Fandi, A., Adil, R., Wardana, P., Rochmad, M., 2006, Perancangan dan Pembuatan Modul EKG dan EMG Dalam Satu Unit PC Sub Judul : Pembuatan Rangkaian EKG dan Software EKG Pada PC, Teknik Elektronika PENS-ITS, Surabaya. Guyton and Hall., 2006, Textbook of Medical Physiology Eleventh Edition, Elsevier Saunders, Pennsylvania : 103. Hadiyoso, S., Alfaruq, A., Rizal, A., 2011, Sistem Multiplexing pada Pengiriman Data Monitoring EKG, PPG, dan Suhu Tubuh Berbasis Mikrokontroler, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2011 (SNATI 2011) Yogyakarta, 17-18 Juni 2011. Heru, A., 2008, Desain Alat Deteksi Dini dan Mandiri Aritmia, Jurnal Teknologi dan Manajemen Informatika Volume 6, Nomor 3, Agustus 2008. Istataqomawan, Zuli, 2011, Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap Regulasi (Switching dan Linier), Semarang: Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Jones, S., 2005, EKG Notes Interpretation and Management Guide, F.A Davis Company: Philadelphia. Kuntarti., 2006, Fisiologi Kardiovaskular, Faal_KV/ikun/2006.

62 Skripsi


Istiqomah, Tyas


63

Kurachi, Y., 2001, Heart Massachusetts :9-10.

Physiology

and

Pathophysiology,

Boston,

Malvino, Albert Paul., 1996, Prinsip-prinsip Elektronika Jilid 2: Edisi 3, Jakarta, Erlangga. McGraw-Hill., 2004, Bioelectricity and Its Measurement, Digital Engineering Library, www.digitalengineeringlibrary.com Mega, Yiwansyah., 2006, Photoelectric Plethysmographs Menggunakan PC Soundcard dalam Pengukuran Detak Jantung, Jurusan Fisika Universitas Sriwijaya, Jurnal Volume 30 No.2 Juli-Desember 2006. Ramli, Nur Ilyani., 2011, Design dan Fabrication of a Low Cost Heart Monitor Using Reflectance Photopleyhysmogram, World Academy of Science, Engineering and Technology 80 2011. Rosyadi, I., 2001, Perancangan Awal Elektrokardiograf Digital Berbasis Komputer Cerdas, Skripsi Fakultas MIPA Universitas Airlangga : Surabaya. Rusmawati, E., 2006, Universal Bio-Amplifier Berbasis Personal Computer (PC) Bagian I, Tugas Akhir Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Sergio, F., 1998, Design with Operational Amplifier and Analog Integrated Circuit, Mc Graw-Hill, Electrical Engineering Service. Setiawan, A., 2010, Analisa Penentuan Aksis Jantung Sinyal EKG dengan Program Delphi, Proposal Tugas Akhir Program Diploma IV Departemen Kesehatan Republik Indonesia Politeknik Kesehatan Surabaya Jurusan Teknik Elektromedik. Setiawan, R., 2008, Teknik Akuisisi Data, Graha Ilmu: Yogyakarta. Soeliadi., 1991, Belajar EKG Tanpa Guru, Yayasan Essentia Medica: Yogyakarta. Subhi, Hanggi Nur., 2012, Deteksi BPM dengan Modul Wireless X-Bee Berbasis Mikrokontroller AVR, Surabaya, Politeknik Kesehatan Kemenkes Surabaya. Vahed, A., 2005, 3-Lead Wireless EKG Electronic Design Project Final Report. Vena., 2010, Mengapa Potensial Membran Istirahat Ada yang Lebih Negatif dan Ada yang Lebih Positif, Mengapa-potensial-membran-istirahat-rmp.html.

Skripsi


Istiqomah, Tyas


64

Widodo, A., 2009, Sistem Akuisisi EKG Menggunakan USB Untuk Deteksi Aritmia, Proceedings Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. http://www.alldatasheet.com/ http://www.solarbotics.com

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LAMPIRAN 1 Hasil Alat EKG

Skripsi

65


Istiqomah, Tyas


66

Rangkaian Catu Daya

Rangkaian EKG

Rangkaian EKG Keseluruhan

Skripsi


Istiqomah, Tyas


67

LAMPIRAN 2 Hasil Uji Rangkaian Penguat

Skripsi


Istiqomah, Tyas


Skripsi

68

Input

Output

12 mV

110 mV

20 mV

180 mV

30 mV

200 mV

32 mV

260 mV


Istiqomah, Tyas


Skripsi

69

40 mV

360 mV

50 mV

680 mV

60 mV

720 mV

70 mV

800 mV

80 mV

1V


Istiqomah, Tyas


70

LAMPIRAN 3 Hasil Uji EKG

Skripsi


Istiqomah, Tyas


71

Lead I EKG Standard

Skripsi


EKG Rancangan

Istiqomah, Tyas


72

Lead II EKG Standard

Skripsi

EKG Rancangan


Istiqomah, Tyas


73

Lead III EKG Standard

Skripsi

EKG Rancangan


Istiqomah, Tyas


74

LAMPIRAN 4 Datasheet IC LM 324

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124 LM224 - LM324 LOW POWER QUAD OPERATIONAL AMPLIFIERS

■ WIDE GAIN BANDWIDTH : 1.3MHz ■ INPUT COMMON-MODE VOLTAGE RANGE INCLUDES GROUND

■ LARGE VOLTAGE GAIN : 100dB

N DIP14 (Plastic Package)

■ VERY LOW SUPPLY CURRENT/AMPLI : 375µA

■ LOW INPUT BIAS CURRENT : 20nA ■ LOW INPUT OFFSET VOLTAGE : 5mV max. (for more accurate applications, use the equivalent parts LM124A-LM224A-LM324A which feature 3mV max.)

■ LOW INPUT OFFSET CURRENT : 2nA

D SO14 (Plastic Micropackage)

■ WIDE POWER SUPPLY RANGE : SINGLE SUPPLY : +3V TO +30V DUAL SUPPLIES : ±1.5V TO ±15V DESCRIPTION These circuits consist of four independent, high gain, internally frequency compensated operational amplifiers. They operate from a single power supply over a wide range of voltages. Operation from split power supplies is also possible and the low power supply current drain is independent of the magnitude of the power supply voltage.

Temperature Range

LM124 -55°C, +125°C LM224 -40°C, +105°C LM324 0°C, +70°C Example : LM224N

PIN CONNECTIONS (top view)

14 Output 4

Output 1 1

ORDER CODE Part Number

P TSSOP14 (Thin Shrink Small Outline Package)

Package N

D

P

• • •

• • •

• • •

Inverting Input 1 2

-

-

13 Inverting Input 4

Non-inverting Input 1 3

+

+

12 Non-inverting Input 4 11 VCC -

VCC + 4 Non-inverting Input 2

5

+

+

10 Non-inverting Input 3

Inverting Input 2

6

-

-

9 Inverting Input 3

Output 2 7

8 Output 3

N = Dual in Line Package (DIP) D = Small Outline Package (SO) - also available in Tape & Reel (DT) P = Thin Shrink Small Outline Package (TSSOP) - only available in Tape &Reel (PT)

December 2001

Skripsi

1/13


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324

SCHEMATIC DIAGRAM (1/4 LM124)

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol VCC Vi Vid Ptot

Parameter

LM124

±16 or 32

V

-0.3 to +32

V

Differential Input Voltage Power Dissipation

1)

+32 N Suffix D Suffix

Input Current

3)

Opearting Free-air Temperature Range

Tstg

Storage Temperature Range

3.

Unit

Input Voltage

Toper 1. 2.

LM324

Supply voltage

500

Output Short-circuit Duration 2) Iin

LM224

500 400

V 500 400

mW mW

Infinite 50

50

50

mA

-55 to +125

-40 to +105

0 to +70

°C

-65 to +150

°C

Either or both input voltages must not exceed the magnitude of VCC+ or VCC-. Short-circuits from the output to VCC can cause excessive heating if VCC > 15V. The maximum output current is approximately 40mA independent of the magnitude of VCC. Destructive dissipation can result from simultaneous short-circuit on all amplifiers. This input current only exists when the voltage at any of the input leads is driven negative. It is due to the collector-base junction of the input PNP transistor becoming forward biased and thereby acting as input diodes clamps. In addition to this diode action, there is also NPN parasitic action on the IC chip. this transistor action can cause the output voltages of the Op-amps to go to the VCC voltage level (or to ground for a large overdrive) for the time duration than an input is driven negative. This is not destructive and normal output will set up again for input voltage higher than -0.3V.

2/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 ELECTRICAL CHARACTERISTICS VCC+ = +5V, VCC-= Ground, V o = 1.4V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified) Symbol

Vio

Parameter Input Offset Voltage - note Tamb = +25°C

Min.

Typ.

Max.

2

5 7 7 9

Unit

1)

LM324

Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

LM324

mV

Iio

Input Offset Current Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

2

30 100

nA

Iib

Input Bias Current - note 2) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

20

150 300

nA

Avd

Large Signal Voltage Gain VCC+ = +15V, R L = 2kΩ, Vo = 1.4V to 11.4V Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

50 25

100

65 65

110

V/mV

Supply Voltage Rejection Ratio (Rs ≤ 10kΩ) SVR

VCC+ = 5V to 30V Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax Supply Current, all Amp, no load Tamb = +25°C

ICC

Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

VCC = +5V VCC = +30V VCC = +5V VCC = +30V

0.7 1.5 0.8 1.5

Vicm

Input Common Mode Voltage Range VCC = +30V - note 3) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

0 0

CMR

Common Mode Rejection Ratio (Rs ≤ 10kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

70 60

80

Isource

Output Current Source (Vid = +1V) VCC = +15V, Vo = +2V

20

40

Isink

Output Sink Current (Vid = -1V) VCC = +15V, Vo = +2V VCC = +15V, Vo = +0.2V

10 12

20 50

VOH

High Level Output Voltage VCC = +30V Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax VCC = +5V, RL = 2kΩ Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

dB

1.2 3 1.2 3

VCC -1.5 VCC -2

mA

V

dB

70

mA

mA µA V

RL = 2kΩ RL = 10kΩ

26 26 27 27

27 28

3.5 3

3/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324

Symbol

Parameter

Min.

Typ.

Max.

Unit

5

20 20

mV

VOL

Low Level Output Voltage (RL = 10kΩ) Tamb = +25°C Tmin ≤ Tamb ≤ Tmax

SR

Slew Rate VCC = 15V, Vi = 0.5 to 3V, RL = 2kΩ, CL = 100pF, unity Gain

0.4

GBP

Gain Bandwidth Product VCC = 30V, f =100kHz,Vin = 10mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF

1.3

THD

Total Harmonic Distortion f = 1kHz, Av = 20dB, RL = 2kΩ, Vo = 2Vpp, CL = 100pF, VCC = 30V

V/µs MHz %

0.015

nV -----------Hz

Equivalent Input Noise Voltage f = 1kHz, Rs = 100Ω, VCC = 30V

40

DVio

Input Offset Voltage Drift

7

30

µV/°C

DIIio

Input Offset Current Drift

10

200

pA/°C

en

Vo1/Vo2 Channel Separation - note 1kHz ≤ f ≤ 20kHZ 1. 2. 3. 4.

4)

120

dB

Vo = 1.4V, Rs = 0Ω, 5V < VCC + < 30V, 0 < Vic < V CC+ - 1.5V The direction of the input current is out of the IC. This current is essentially constant, independent of the state of the output so no loading change exists on the input lines. The input common-mode voltage of either input signal voltage should not be allowed to go negative by more than 0.3V. The upper end of the common-mode voltage range is VCC + - 1.5V, but either or both inputs can go to +32V without damage. Due to the proximity of external components insure that coupling is not originating via stray capacitance between these external parts. This typically can be detected as this type of capacitance increases at higher frequences.

4/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324

5/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324

6/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324

TYPICAL SINGLE - SUPPLY APPLICATIONS AC COUPLED NON INVERTING AMPLIFIER

AC COUPLED INVERTING AMPLIFIER Rf 100kW

CI

R1 10kW

VCC

R2 100kW

R1 100kW

Rf

R1 (as shown AV = -10) 1/4 LM124

eI ~

A V= -

RB 6.2kW R3 100kW

A V= 1 + R2 R1 (as shown AV = 11)

C1 0.1m F

Co

Co

2VPP

0 eo

R2 1MW

1/4 LM124

CI

RL 10kW

0 eo

RB 6.2kW eI ~

R3 1MW

2VPP

RL 10kW

R4 100kW

VCC C1 10m F

C2 10m F

R5 100kW

7/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 TYPICAL SINGLE - SUPPLY APPLICATIONS DC SUMMING AMPLIFIER

NON-INVERTING DC GAIN

100kW

e1

A V = 1 + R2 R1

10kW

100kW

(As shown A V = 101)

R2 1MW

+5V

e2

100kW

e3

100kW 100kW

e

O

R1 10kW

eO

(V)

1/4 LM124

eO

1/4 LM124

100kW

e4 0

e I (mV)

e0 = e1 +e2 -e3 -e4 Where (e1 +e2) ≥ (e3 +e4) to keep e0 ≥ 0V

LOW DRIFT PEAK DETECTOR

HIGH INPUT Z ADJUSTABLE GAIN DC INSTRUMENTATION AMPLIFIER R1 100kW

1/4 LM124

e1

R2 2kW

R3 100kW

R4 100kW IB

1/4 LM124

Gain adjust

eO IB

1/4 LM124

R5 100kW

eI

C *

1m F ZI

1/4 LM124

R6 100kW

R7 100kW

2IB

e2

0.001m F IB 3R 3MW IB

if R1 = R5 and R3 = R4 = R6 = R7 2R 1 e0 = 1 + ----------R 2

eo Zo

2IB 2N 929

R 1MW

1/4 LM124

1/4 LM124

Input current compensation

* Polycarbonate or polyethylene

(e2 -e1)

As shown e0 = 101 (e2 - e1).

8/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 TYPICAL SINGLE - SUPPLY APPLICATIONS ACTIVER BANDPASS FILTER

HIGH INPUT Z, DC DIFFERENTIAL AMPLIFIER

R1 100kW

R R 1 4 For ------- = ------R R 2 3

C1 330pF

1/4 LM124

R5 470kW R4 10MW

e1

(CMRR depends on this resistor ratio match)

1/4 LM124

C2 330pF

R3 10kW

R4 100kW

R2 100kW

R6 470kW

R1 100kW

eO

1/4 LM124

R7 100kW

1/4 LM124

V CC C3 10m F

R8 100kW

R3 100kW

+V1 +V2

Fo = 1kHz e0

Q = 50 Av = 100 (40dB)

 1 + R-------4  R3

1/4 LM124

Vo

(e2 - e1)

As shown e0 = (e2 - e1)

USING SYMETRICAL AMPLIFIERS TO REDUCE INPUT CURRENT (GENERAL CONCEPT)

I eI

IB

I

IB

1/4 LM124

eo

2N 929 0.001m F

IB

IB 3MW

1.5MW

IB

1/4 LM124

Aux. amplifier for input current compensation

9/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 MACROMODEL ** Standard Linear Ics Macromodels, 1993.

VIN 17 5 0.000000e+00

** CONNECTIONS :

VIP 4 18 2.000000E+00

* 1 INVERTING INPUT

FCP 4 5 VOFP 3.400000E+01

* 2 NON-INVERTING INPUT

FCN 5 4 VOFN 3.400000E+01

* 3 OUTPUT

FIBP 2 5 VOFN 2.000000E-03

* 4 POSITIVE POWER SUPPLY

FIBN 5 1 VOFP 2.000000E-03

* 5 NEGATIVE POWER SUPPLY

* AMPLIFYING STAGE

DINR 15 18 MDTH 400E-12

FIP 5 19 VOFP 3.600000E+02 .SUBCKT LM124 1 3 2 4 5 (analog)

FIN 5 19 VOFN 3.600000E+02

*******************************************************

RG1 19 5 3.652997E+06

.MODEL MDTH D IS=1E-8 KF=3.104131E-15 CJO=10F

RG2 19 4 3.652997E+06

* INPUT STAGE

CC 19 5 6.000000E-09 DOPM 19 22 MDTH 400E-12

CIP 2 5 1.000000E-12

DONM 21 19 MDTH 400E-12

CIN 1 5 1.000000E-12

HOPM 22 28 VOUT 7.500000E+03

EIP 10 5 2 5 1

VIPM 28 4 1.500000E+02

EIN 16 5 1 5 1

HONM 21 27 VOUT 7.500000E+03

RIP 10 11 2.600000E+01

VINM 5 27 1.500000E+02

RIN 15 16 2.600000E+01

EOUT 26 23 19 5 1

RIS 11 15 2.003862E+02

VOUT 23 5 0

DIP 11 12 MDTH 400E-12

ROUT 26 3 20

DIN 15 14 MDTH 400E-12

COUT 3 5 1.000000E-12

VOFP 12 13 DC 0

DOP 19 25 MDTH 400E-12

VOFN 13 14 DC 0

VOP 4 25 2.242230E+00

IPOL 13 5 1.000000E-05

DON 24 19 MDTH 400E-12

CPS 11 15 3.783376E-09

VON 24 5 7.922301E-01

DINN 17 13 MDTH 400E-12

.ENDS

ELECTRICAL CHARACTERISTICS Vcc+ = +15V, Vcc- = 0V, Tamb = 25°C (unless otherwise specified) Symbol

Conditions

Vio Avd

RL = 2kΩ

Icc

No load, per amplifier

Vicm +

VOH

RL = 2kΩ (VCC =15V)

VOL

RL = 10kΩ

Value

Unit

0

mV

100

V/mV

350

µA

-15 to +13.5

V

+13.5

V

5

mV

Ios

Vo = +2V, VCC = +15V

+40

mA

GBP

RL = 2kΩ, CL = 100pF

1.3

MHz

SR

RL = 2kΩ, CL = 100pF

0.4

V/µs

10/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 PACKAGE MECHANICAL DATA 14 PINS - PLASTIC DIP

Millimeters

Inches

Dimensions Min. a1 B b b1 D E e e3 F i L Z

Typ.

0.51 1.39

Max.

Min.

1.65

0.020 0.055

0.5 0.25

Typ.

0.065 0.020 0.010

20

0.787

8.5 2.54 15.24

0.335 0.100 0.600 7.1 5.1

0.280 0.201

3.3 1.27

Max.

0.130 2.54

0.050

0.100

11/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 PACKAGE MECHANICAL DATA 14 PINS - PLASTIC MICROPACKAGE (SO)

G c1

s

e3

b1

e

a1

b

A

a2

C

L

E

D

M

8

1

7

F

14

Millimeters

Inches

Dimensions Min. A a1 a2 b b1 C c1 D (1) E e e3 F (1) G L M S

Typ.

Max.

Min.

1.75 0.2 1.6 0.46 0.25

0.1 0.35 0.19

Typ.

0.069 0.008 0.063 0.018 0.010

0.004 0.014 0.007

0.5

Max.

0.020 45° (typ.)

8.55 5.8

8.75 6.2

0.336 0.228

1.27 7.62 3.8 4.6 0.5

0.344 0.244 0.050 0.300

4.0 5.3 1.27 0.68

0.150 0.181 0.020

0.157 0.208 0.050 0.027

8° (max.)

Note : (1) D and F do not include mold flash or protrusions - Mold flash or protrusions shall not exceed 0.15mm (.066 inc) ONLY FOR DATA BOOK.

12/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


LM124-LM224-LM324 PACKAGE MECHANICAL DATA 14 PINS - THIN SHRINK SMALL OUTLINE PACKAGE (TSSOP) k

c

C

SEATING PLANE

E1

L1

L

0,25 mm .010 inch GAGE PLANE

E

A A2

7

aaa

C

D

8

e

b

A1

14

1

PIN 1 IDENTIFICATION

Millimeters

Inches

Dimensions Min. A A1 A2 b c D E E1 e k L L1 aaa

0.05 0.80 0.19 0.09 4.90 4.30 0° 0.450

Typ.

1.00

5.00 6.40 4.40 0.65 0.600 1.00

Max.

Min.

1.20 0.15 1.05 0.30 0.20 5.10

0.01 0.031 0.007 0.003 0.192

4.50

0.169

8° 0.750

0° 0.018

0.100

Typ.

0.039

0.196 0.252 0.173 0.025 0.024 0.039

Max. 0.05 0.006 0.041 0.15 0.012 0.20 0.177 8° 0.030 0.004

Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, STMicroelectronics assumes no responsibility for the consequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may result from its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of STMicroelectronics. Specifications mentioned in this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied. STMicroelectronics products are not authorized for use as critical components in life support devices or systems without express written approval of STMicroelectronics. © The ST logo is a registered trademark of STMicroelectronics © 2001 STMicroelectronics - Printed in Italy - All Rights Reserved STMicroelectronics GROUP OF COMPANIES Australia - Brazil - Canada - China - Finland - France - Germany - Hong Kong - India - Israel - Italy - Japan - Malaysia Malta - Morocco - Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - United Kingdom - United States © http://www.st.com

13/13

Skripsi


Istiqomah, Tyas


This datasheet has been download from: www.datasheetcatalog.com Datasheets for electronics components.

Skripsi


Istiqomah, Tyas

RANCANG BANGUN ELEKTROKARDIOGRAF (EKG) SKRIPSI

Recommend Documents