Сигнал масштабу 30-50 мВ до діапазону 0-5 В

У мене є датчик CO _{2, який} складає вихідний сигнал 30-50 мВ. Мені потрібно перевести ці напруги на 0-5 В для мого мікроконтролера з найвищою роздільною здатністю. Я розумію, що можу підсилити напругу, використовуючи неінвертуючу схему підсилювача, як показано, до діапазону 3-5 В, але чи можна розширити цей діапазон до 0-5 В, щоб отримати кращу роздільну здатність значення датчика?

Для віднімання зміщення 30 мВ можна використовувати диференціальний підсилювач .

Коли R1 = R2 і R3 = R4, функцією передачі є

$V_{OUT} = \dfrac{R3}{R1}(V_2 - V_1)$

Тому встановіть V1 на 30 мВ і виберіть R3 = 250 R1. $\times$

Проблема диференціальних підсилювачів полягає в тому, що R1 буде завантажувати дільник резисторів, щоб отримати зміщення 30 мВ, так що вам доведеться перерахувати резистори, а також V2 матиме вхідний опір, який може спотворювати вимірювання.

Рішення має інструментальний підсилювач .

Більшість підсилювачів приладів є диференціальними підсилювачами з буферним вхідним ступенем. Етап введення встановлює коефіцієнт підсилення, тоді як диференціальний етап зазвичай є підсилювачем 1. Підсилення тоді$\times$

$V_{OUT} = \dfrac{2 R2}{R1}\cdot \dfrac{R4}{R3} (V_2 - V_1)$

Microchip MCP6N11 є відповідним пристроєм.

Підсилювач для приладів - це те, що вам тут потрібно (хоча підсилювач може бути використаний з певною увагою до деталей).
Залежно від постачання (одинарного, подвійного), вам потрібно бути обережним. Якщо ви користуєтесь одним джерелом живлення (наприклад, 0-5V), ви повинні переконатися, що InAmp може обробляти входи загального режиму рівня вхідних сигналів, який буде 30-50 мВ відносно землі (тому діапазон входу повинен включати землю)
Також, оскільки ваш вихід включає землю (і силову рейку, якщо використовуєте джерело живлення 5В), ви повинні переконатися, що вихід може повністю поворот до обох рейок. Багато InAmps не роблять жодної з цих дій. LTC2053 один рейок до залізниці вхід / вихід опції, як це MCP6N11 Стівен згадує.

EDIT - LTC2053 не підходить, оскільки вхідний опір недостатньо високий. Лист даних MG811 вказує на необхідність Opamp / Inamp з вхідним опором> 100GΩ, тому потрібно щось подібне до MCP6N11 Steven рекомендує. Це вхідний опір , що становить . Решту відповіді я залишив, щоб продемонструвати типову настройку, оскільки принцип однаковий незалежно від використовуваного Inamp. 10 T $10^{13}\Omega$$10\ T\Omega$

У будь-якому випадку, якщо ви подбаєте про вищезазначене, налаштування досить проста. Подайте 30mV на інвертуючий вхід, сигнал на неінвертуючий вхід і встановіть посилення для (5V - 0V) / (50mV-30mV) = 250.

Ось приклад схеми з двома рейками (+ -5 В) з LT1789 InAmp:

Моделювання:

Один ланцюг живлення LTC2053 (моделювання не показано, як це те саме, що вище):

Використовуйте вимірювальний підсилювач , як цей .

Оскільки ви хочете посилити від 30-50мВ до 0-5В, 5В / (50мВ-30мВ) = посилення 250. Використовуйте таблицю, щоб вибрати резистор посилення. Для мого прикладу G = 1 + (100k / Rg), тому Rg = 100k / (G-1) для 402 Ом. Ці значення повинні бути досить точними, і коли сумніваєтесь, зробіть їх трохи більшими і принесіть у жертву трохи проміжок часу. Оскільки ви хочете 0-5В, вам потрібно встановити опорне напруга в 2,5 В, оскільки це середина прольоту. Для цього використовуйте опорний діод.