ระดับขยับสัญญาณ +/- 2.5V เป็น 0 - 5V

ฉันมีโมดูลส่วนหน้าที่สร้างสัญญาณ (ECG) ที่แตกต่างจาก +/- 2.5 V. ฉันต้องการเปลี่ยนสัญญาณนี้เป็น 0 - 5V วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คืออะไร? วงจรขยายด้านล่างจะดีพอไหม ด้วย R1 = R2 และ V1 = 2.5V, V2 = สัญญาณของฉัน, V3 = V4 = GND

ข้อสรุปแอมป์

level-shifting

— govind m
แหล่งที่มา

คำตอบ:

สิ่งแรกที่ต้องลองคือแอดเดอร์ตัวต้านทานที่เรียบง่ายไม่มี opamp แต่เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้จะไม่ทำงานที่นี่ตัวปรับความต้านทานจะลดทอนสัญญาณเสมอและเราต้องการแอมพลิฟายเออร์ 1 $\times$

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

นี่คือแอมพลิฟายเออร์รวมที่ไม่มีข้อสรุป คุณคิดว่าเราต้องเพิ่ม 2.5 V แต่มีไหม ฉันสมมติว่าคุณมี 5 V ดังนั้นลองใช้มันดูว่ามันทำให้เราได้ที่ไหน หากเรามี -2.5 V บนอินพุต Vin อินพุตที่ไม่แปลงกลับควรเป็นศูนย์หากคุณต้องการ 0 V ออกโดยไม่คำนึงถึงค่าของ R3 และ R4 ดังนั้น R1 และ R2 เป็นตัวแบ่งแรงดันและ R2 ควรเป็นสองเท่าของ R1 เพื่อให้ได้ 0 V

ต่อไปเราต้องหาแอมพลิฟายเออร์ซึ่งพิจารณาโดย R3 และ R4:

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

$\times$

เราสามารถใช้ค่าต่อไปนี้:

R1 = 10 kΩ
R2 = 20 kΩ
R3 = 20 kΩ
R4 = 10 kΩ

คุณจะต้องมี Rampio (Rail-to-Rail I / O) opamp ถ้าคุณต้องการพลังงานถ้าจากแหล่งจ่ายไฟ 5 V เดียว

— stevenvh
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับวงจรของคุณ แต่ฉันพบว่าฉันต้องให้ 2.5 V ที่ R2 แทนที่จะเป็น 5V เพื่อให้ทำงานได้ ไม่แน่ใจว่าทำไมถึงเป็นอย่างนั้น .. แต่วงจรทำงาน

— วิน

@govindm - ไม่การคำนวณบอกว่า 5 V :-) คุณแน่ใจหรือว่าคุณไม่ได้ใช้ค่าเดียวกันสำหรับ R1 และ R2

— stevenvh

โอ๊ะขอโทษสตีเว่นฉันเข้าใจผิดอย่างโง่เขลา ฉันจะสับเปลี่ยน r1 และ r2 ฉันยินดีที่จะยืนยันอีกครั้ง (ในประวัติศาสตร์ของอารยธรรมมนุษย์) การคำนวณที่ไม่โกหก

— 27932 govind m

นี่คือวิธีหนึ่งในการทำ:

เลื่อนระดับ

ตัวแบ่งความต้านทานจ่าย 1.25V ให้กับอินพุตที่ไม่กลับด้าน สิ่งนี้สามารถถูกแทนที่ด้วยการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าโดยเฉพาะถ้าต้องการ คุณจะต้องใช้รางต่อรางสำหรับรางส่งสัญญาณ

นี่คือการจำลอง:

Level Shift Sim

โปรดสังเกตว่าอิมพิแดนซ์อินพุตถูกกำหนดโดย R3 ดังนั้นคุณอาจต้องเพิ่ม (หรือ R2 ด้วยค่าเดียวกัน) หรือบัฟเฟอร์หากแหล่งที่มามีความต้านทานสูง นอกจากนี้โปรดทราบว่าเอาต์พุตกำลังกลับด้าน

ต่อไปนี้เป็นวิธีที่ไม่มีการแปลงกลับสำหรับการอ้างอิงด้วย:

ระดับ Shift Non Inverting

และการจำลอง ("to_adc" คือแรงดันขาออก):

ระดับการเปลี่ยนเกียร์ไม่อินเวอร์เตอร์

วงจรที่ไม่มีการแปลงกลับด้านบนนั้นเป็นเหมือนเครื่องขยายเสียงรวมของคุณ
แอมป์รวมที่คุณแสดงมีปัญหาแม้ว่าตัวต้านทานเกนที่ได้รับจะแสดงไม่ถูกต้องสำหรับตัวหาร มันต้องการ (R1 + R2) สำหรับตัวต้านทานข้อเสนอแนะ
ดังนั้นได้รับเท่ากับ ((R1 + R2) / R2) + 1

นี่คือตัวอย่างของลักษณะที่ควรดู (คำต่อท้าย a และ b เป็นเพียงเพื่อให้เครื่องเทศมีความสุข):

ข้อสรุปการเลื่อนระดับ

ในการจำลองคุณสามารถเห็นการแกว่งของ opamp + IN จาก 0V ถึง 1.25V ดังนั้นจึงต้องได้รับ 4 เพื่อส่งออก 0V ถึง 5V เนื่องจาก R1c และ R1d อยู่ในแนวขนานเราจึงได้ 50k ดังนั้น (150k / 50k) + 1 = 4

ซิมการเลื่อนระดับข้อสรุป

— Oli Glaser
แหล่งที่มา

ฉันอยากรู้อยากเห็นคุณทำขนาด C2 ได้อย่างไร

— jippie

ฉันไม่ได้ปรับขนาดมันสำหรับคำถามเฉพาะนี้มันเป็นเศษเล็กเศษน้อยจากแผนผังก่อนหน้านี้ที่ฉันปรับสำหรับคำตอบนี้ (ฉันทิ้งไว้เพราะมันเป็นความคิดที่ดีเสมอที่จะมีฝาขนาดเล็กข้าม Rf เพื่อป้องกันการสั่น แต่ไม่ได้ ต้องการดูรายละเอียดเพิ่มเติมในพื้นที่นั้น) อย่างไรก็ตามตามที่แสดงแบนด์วิดท์จะเป็น 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6.28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10.6kHz สำหรับ ECG แบนด์วิดท์อาจลดลงได้อีกมาก

— Oli Glaser

ขอบคุณสำหรับคำตอบโดยละเอียดของคุณ ฉันเพิ่งลองวงจรที่ไม่กลับค่าของคุณ แต่ดูเหมือนว่าจะมีปัญหา แม้ว่าสัญญาณอินพุทจะแกว่งจาก -2.5 ถึง 2.5 V แต่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์จะอยู่ระหว่าง 1V ถึง 3.3V เท่านั้นฉันไม่รู้ว่าเกิดอะไรขึ้น .. ฉันกำลังใช้ LM358AN

— govind m

LM358 ไม่ใช่ทางรถไฟไปยังราง opamp โดยเฉพาะผลผลิตจะไม่แกว่งไปทาง + 5V แต่ควรถึงพื้น อินพุตไม่ได้ใช้รางกับรางเช่นกัน นอกจากนี้หากความต้านทานแหล่งที่มาของคุณสูง (เช่น> 5k) คุณจะต้องบัฟเฟอร์สัญญาณก่อนที่จะส่งไปยังตัวเปลี่ยนระดับ

— Oli Glaser

ฉันยังลอง OPA333 - ซึ่งตามแผ่นข้อมูลคือ "ทางรถไฟไปยังทางรถไฟออกภายใน 3mV" ด้วยผลลัพธ์เดียวกัน บางทีมันอาจจะมีปัญหากับความต้านทานอินพุต? ฉันจะลองเพิ่มเป็นลูกศิษย์แรงดัน ..

— วินด์ม.