Масштаб сигнала 30-50 мВ до диапазона 0-5 В

13

У меня есть датчик CO 2 , выходной сигнал которого составляет 30-50 мВ. Мне нужно перевести эти напряжения в 0-5 В для моего микроконтроллера с самым высоким разрешением. Я понимаю, что я могу усилить напряжение с помощью неинвертирующей схемы операционного усилителя, как показано, до диапазона 3-5 В, но можно ли расширить этот диапазон до 0-5 В, чтобы получить лучшее разрешение значения датчика?

Схема изображения

neufuture
источник
1
Можете ли вы исправить изображение, пожалуйста.
декан
Дин - Я обновил значение резистора до 101 Ом, если ты это имеешь в виду.
Новое
После публикации этого вопроса я понял, что неправильно прочитал таблицу данных и что диапазон вывода неверен. Я также нашел дополнительную документацию по конкретному датчику, который я использую. Я разместил новые вопросы здесь . Ответы на этот пост были полезны для понимания концепции инструментальных усилителей.
Новое

Ответы:

16

Вы можете использовать дифференциальный усилитель, чтобы вычесть смещение 30 мВ.

введите описание изображения здесь

Когда R1 = R2 и R3 = R4, передаточная функция

ВОUTзнак равнор3р1(В2-В1)

Поэтому установите V1 на 30 мВ и выберите R3 = 250 R1. ×

Проблема с дифференциальными усилителями заключается в том, что R1 загрузит резисторный делитель, чтобы получить смещение 30 мВ, так что вам придется пересчитать резисторы, а также V2 будет иметь входной импеданс, который может исказить измерение.

Инструментальный усилитель является решением.

введите описание изображения здесь

Большинство инструментальных усилителей представляют собой дифференциальные усилители с буферным входным каскадом. Входной каскад устанавливает коэффициент усиления, тогда как дифференциальный каскад обычно представляет собой усилитель 1. Усиление тогда×

ВОUTзнак равно2р2р1р4р3(В2-В1)

Microchip MCP6N11 является подходящим устройством.

stevenvh
источник
Просто добавьте, если вы хотите, вы можете сделать это с двумя операционными усилителями, потому что вы заботитесь только о входном сопротивлении входа микрофона. Другой вход - просто делитель напряжения, так что вы можете просто отрегулировать свои сопротивления, чтобы компенсировать входной импеданс, а затем
объединить
6

Здесь вам необходим инструментальный усилитель (хотя операционный усилитель может использоваться с некоторым вниманием к деталям).
В зависимости от вашего источника питания (одиночный, двойной) вам следует быть осторожным. При использовании одного источника (например 0-5В) , вы должны убедиться , что InAmp может обрабатывать синфазных входы уровня ваших входных сигналов, которые будут 30-50mV по отношению к земле (так входной диапазон должен включать в себя землю)
Кроме того, поскольку ваш выход включает заземление (и шину питания, если используется питание 5 В), вы должны убедиться, что выход может полностью качаться к обоим шинам. Многие InAmp не делают ни одной из этих вещей. LTC2053 один рельс к железной дороге вход / выход опции, как это MCP6N11 Стивен упоминает.

РЕДАКТИРОВАТЬ - LTC2053 не подходит, так как входной импеданс недостаточно высок. В спецификации MG811 указывается необходимость в операционном усилителе / ​​Inamp с входным сопротивлением> 100 Гом, поэтому необходимо что-то вроде MCP6N11, которое рекомендует Стивен. Это имеет входное сопротивление , то есть . Я оставил остальную часть ответа, чтобы продемонстрировать типичную настройку, поскольку принцип одинаков независимо от используемого Inamp. 1013Ω10 TΩ

В любом случае, если вы позаботитесь о вышеизложенном, настройка довольно проста. Подайте 30 мВ на инвертирующий вход, подайте сигнал на неинвертирующий вход и установите усиление на (5 В - 0 В) / (50 мВ - 30 мВ) = 250.

Вот пример схемы с двумя шинами (+ -5 В) с LT1789 InAmp:

LT1789

Моделирование:

LT1789 Sim

Цепь LTC2053 с одним источником питания (моделирование не показано, как показано выше):

LTC2053

Оли Глейзер
источник
2
+1 за всегда подвергая людей , как легко моделировать схемы
justing
4

Используйте инструментальный усилитель, как этот .

Так как вы хотите усилить 30-50 мВ до 0-5 В, 5 В / (50 мВ-30 мВ) = коэффициент усиления 250. Используйте таблицу данных, чтобы выбрать резистор усиления. Для моего примера G = 1 + (100k / Rg), поэтому Rg = 100k / (G-1) для 402 Ом. Эти значения должны быть довольно точными, а в случае сомнения сделать их немного больше и пожертвовать небольшим промежутком. Так как вы хотите 0-5В, вы хотите установить опорное напряжение на 2,5В, так что середина пролета. Используйте эталонный диод для этого.

Мэтт Янг
источник