Перехід рівня сигналу +/- 2,5 В на 0 - 5 В

У мене є модуль переднього кінця, який генерує сигнал (ЕКГ), який змінюється від +/- 2,5 В. Я хочу перенести цей сигнал на 0 - 5В. Який найкращий спосіб зробити це? Буде підсилювач, що підсумовує, як схема нижче, досить хороший? З R1 = R2 і V1 = 2,5 В, V2 = мій сигнал, V3 = V4 = GND

Підсумовуючий підсилювач

level-shifting

— говінд м
джерело

Відповіді:

Перше, що потрібно спробувати, це простий резистор, без оппаму. Але зрозуміло, що це не спрацює тут: суматор резистора завжди послаблює сигнал, і нам потрібно посилення 1. $\times$

введіть тут опис зображення

Це неінвертуючий підсумковий підсилювач. Ви б подумали, що нам просто потрібно додати 2,5 В, але чи є у вас це? Я припускаю, що у вас є 5 В, тож давайте скористаємося цим і подивимось, куди він потрапляє. Якщо на вході Vin у нас -2,5 В, то неінвертуючий вхід повинен бути нульовим, якщо потрібно 0 В, незалежно від значень R3 та R4. Отже, R1 і R2 утворюють дільник напруги, а R2 повинен бути вдвічі R1, щоб отримати 0 В.

Далі ми повинні знайти посилення, яке визначається за допомогою R3 і R4:

$A_V = \dfrac{R3 + R4}{R3}$

$\times$

Ми можемо використовувати такі значення:

R1 = 10 кОм
R2 = 20 кОм
R3 = 20 кОм
R4 = 10 кОм

Вам знадобиться операційний підсилювач RRIO (Rail-to-Rail I / O), якщо ви хочете живитись з одного 5-В-джерела.

— stevenvh
джерело

Дякую за вашу схему, але я вважаю, що мені потрібно дати 2,5 В на R2 замість 5 В для переходу на роботу. Не впевнений, чому це так .. Але схема працює

— govind m

@govindm - Ні, розрахунок говорить 5 V :-). Ви впевнені, що не використовували однакові значення для R1 та R2?

— stevenvh

Вибачте, Стівен, дурна помилка з мого боку. Я б обмінявся r1 і r2. Я радий ще раз підтвердити (в історії людської цивілізації), що підрахунки НЕ брехнуть.

— говінд м

Ось один із способів зробити це:

Зміна рівня

Резистивний роздільник подає 1,25 В на неінвертуючий вхід. За бажанням це може бути замінено спеціальною опорною напругою. Вам знадобиться рейка до залізничного виходу opamp.

Ось моделювання:

Зміна рівня Sim

Зверніть увагу, що вхідний опір визначається R3, тому вам може знадобитися збільшити цей (і R2 тим же самим) або буфер, якщо джерело має високий опір. Також зауважте, що вихід інвертується.

Ось також неінвертуючий метод для довідок:

Зміна рівня без інвертування

І моделювання ("to_adc" - вихідна напруга):

Зміна рівня без інвертування

Вищенаведена неінвертуюча схема трохи схожа на ваш підсилювач підсумовування.
Підсумковий підсилювач, який ви показуєте, має проблему, але показані реверсивні посилюючі коефіцієнти посилення не будуть корисні для дільника. Це потрібно (R1 + R2) для резистора зворотного зв'язку.
Тож коефіцієнт підсилення дорівнює ((R1 + R2) / R2) + 1.

Ось приклад того, як це повинно виглядати (суфікси a і b - це лише для того, щоб зробити SPICE щасливим):

Підсумовування зсуву рівня

У моделюванні ви можете бачити, що підсилювач OPAM + IN коливається від 0 В до 1,25 В, тому йому потрібно посилення від 4 до виходу 0 В до 5 В. Оскільки R1c і R1d паралельні, отримуємо 50k. Отже (150k / 50k) + 1 = 4.

Зсув рівня зсуву зсуву

— Олі Глазер
джерело

Мені цікаво, як ти розмістив С2?

— jippie

Я насправді не розміщував його для цього конкретного питання, це залишок від попередньої схеми, яку я налаштував на цю відповідь (я залишив це, оскільки це завжди гарна ідея мати невеликий ковпачок по всій Rf, щоб запобігти коливанню, але не хочемо детальніше розібратися в цій області) Однак, як показано, пропускна здатність була б 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6.28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10.6 кГц. Для ЕКГ пропускну здатність можна зменшити набагато більше.

— Олі Глазер

Дякую за детальну відповідь. Я просто спробував вашу неінвертуючу схему, але, здається, зіткнувся з деякою проблемою. Незважаючи на те, що вхідний сигнал коливається від -2,5 до 2,5 В, вихід підсилювача коливається лише між 1 В і 3,3 В, я не знаю, що відбувається .. Я використовую LM358AN

— govind m

LM358 не є залізничним до залізничного операційного підсилювача, конкретно, вихід не буде коливатися аж до + 5 В, хоча він повинен досягти землі. Вхід не є залізничним до залізничного. Крім того, якщо ваш вихідний опір високий (наприклад,> 5k), вам потрібно буде захистити сигнал перед відправкою на перемикач рівня.

— Олі Глазер

Я також спробував OPA333 - який, згідно з даними, є "залізницею до залізничної потужності в межах 3мВ", з тим же результатом. Можливо, це питання з вхідним опором тоді? Спробую додати послідовник напруги ..

— govind m