Сдвиг уровня сигнала +/- 2,5 В до 0 - 5 В

19

У меня есть интерфейсный модуль, который генерирует сигнал (ЭКГ), который варьируется от +/- 2,5 В. Я хочу сместить этот сигнал до 0 - 5 В. Каков наилучший способ сделать это? Достаточно ли хорош суммирующий усилитель, подобный схеме ниже? С R1 = R2 и V1 = 2,5 В, V2 = мой сигнал, V3 = V4 = GND

Суммирующий усилитель

Говинд м
источник

Ответы:

17

Первое, что нужно попробовать, - это простой резисторный сумматор без операционного усилителя. Но ясно, что это не сработает: резистор сумматора всегда ослабляет сигнал, и нам нужно усиление 1. ×

введите описание изображения здесь

Это неинвертирующий суммирующий усилитель. Вы могли бы подумать, что мы просто должны добавить 2,5 В, но у вас есть это? Я предполагаю, что у вас есть 5 В, поэтому давайте воспользуемся этим и посмотрим, к чему это нас приведет. Если на входе Vin есть напряжение -2,5 В, то неинвертирующий вход должен быть нулевым, если вы хотите 0 V, независимо от значений R3 и R4. Таким образом, R1 и R2 образуют делитель напряжения, а R2 должен быть в два раза больше R1, чтобы получить 0 В.

Далее мы должны найти усиление, которое определяется R3 и R4:

AВзнак равнор3+р4р3

×

Мы могли бы использовать следующие значения:

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

Вам понадобится операционный усилитель RRIO (Rail-to-Rail), если вы хотите получать питание от одного источника питания 5 В.

stevenvh
источник
Спасибо за вашу схему, но я считаю, что мне нужно дать 2,5 В на R2 вместо 5 В для переключения на работу. Не уверен, почему это так .. Но схема работает
govind m
@govindm - Нет, расчет говорит 5 V :-). Вы уверены, что не использовали одинаковые значения для R1 и R2?
Стивенв
Ой, простите, Стивен, глупая ошибка с моей стороны. Я бы поменял местами r1 и r2. Я счастлив еще раз подтвердить (в истории человеческой цивилизации), что расчеты не лгут.
Говинд м
14

Вот один из способов сделать это:

Сдвиг уровня

Резистивный делитель подает 1,25 В на неинвертирующий вход. При желании его можно заменить специальным опорным напряжением. Вам понадобится операционный усилитель Rail to Rail.

Вот симуляция:

Level Shift Sim

Обратите внимание, что входной импеданс определяется R3, поэтому вам может потребоваться увеличить его (и R2 на то же самое) или буфер, если источником является высокий импеданс. Также обратите внимание, что выход инвертируется.

Вот неинвертирующий метод для справки:

Сдвиг уровня неинвертирующий

И симуляция («to_adc» - это выходное напряжение):

Неинвертирующий сдвиг уровня

Вышеупомянутая неинвертирующая схема немного похожа на ваш суммирующий усилитель.
Однако у суммирующего усилителя есть проблема, показанные резисторы инвертирующего усиления не подойдут для делителя. Требуется (R1 + R2) для резистора обратной связи.
Таким образом, усиление равно ((R1 + R2) / R2) + 1.

Вот пример того, как это должно выглядеть (суффиксы a и b предназначены только для поддержания SPICE):

Суммирование сдвига уровня

В симуляции вы можете видеть, что opamp + IN колеблется от 0 В до 1,25 В, поэтому для выхода от 0 В до 5 В требуется усиление 4. Поскольку R1c и R1d параллельны, мы получаем 50k. Итак (150k / 50k) + 1 = 4.

Симулятор суммирования сдвига уровня

Оли Глейзер
источник
Мне интересно, как у вас размер С2?
Джиппи
1
Я не определял размер этого конкретного вопроса, это остаток от предыдущей схемы, которую я скорректировал для этого ответа (я оставил это, потому что всегда полезно иметь небольшую заглушку на Rf, чтобы предотвратить колебания, но не сделал хочу углубиться в эту область) Однако, как показано, ширина полосы будет 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6,28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10,6 кГц. Для ЭКГ пропускная способность может быть уменьшена гораздо больше.
Оли Глейзер
Спасибо за ваш подробный ответ. Я только что попробовал вашу неинвертирующую схему, но, похоже, столкнулся с некоторой проблемой. Несмотря на то, что входной сигнал колеблется от -2,5 до 2,5 В, выход усилителя колеблется только от 1 В до 3,3 В, я не знаю, что происходит .. Я использую LM358AN
govind m
1
LM358 не является операционным усилителем от шины к железной дороге, в частности, выходной сигнал не будет полностью отклоняться до + 5 В, хотя он должен достигать земли. Вход не железнодорожный или железнодорожный. Кроме того, если ваш импеданс источника высок (например,> 5 кОм), вам нужно будет буферизовать сигнал перед отправкой на устройство сдвига уровня.
Оли Глейзер
Я также попробовал OPA333 - который в соответствии с таблицей является «рельсом к рельсу в пределах 3 мВ», с тем же результатом. Может быть, это проблема с входным импедансом? Я попытаюсь добавить повторитель напряжения ..
Говинд М.