Chuyển mức tín hiệu +/- 2.5V thành 0 - 5V

Tôi có một mô-đun mặt trước tạo tín hiệu (ECG) thay đổi từ +/- 2.5 V. Tôi muốn chuyển tín hiệu này thành 0 - 5V. Cách tốt nhất để làm việc này là gì? Một bộ khuếch đại tổng hợp như mạch dưới đây đủ tốt? Với R1 = R2 và V1 = 2.5V, V2 = tín hiệu của tôi, V3 = V4 = GND

Điều đầu tiên để thử là một bộ cộng điện trở đơn giản, không có opamp. Nhưng rõ ràng là điều này sẽ không hoạt động ở đây: một bộ cộng điện trở luôn làm suy giảm tín hiệu và chúng ta cần khuếch đại 1. $\times$

Đây là một bộ khuếch đại tổng hợp không đảo. Bạn sẽ nghĩ rằng chúng tôi chỉ cần thêm 2,5 V, nhưng bạn có điều đó không? Tôi giả sử bạn có 5 V, vì vậy hãy sử dụng nó và xem nó đưa chúng ta đến đâu. Nếu chúng ta có -2,5 V trên đầu vào Vin, đầu vào không đảo ngược sẽ bằng 0 nếu bạn muốn 0 V ra, bất kể giá trị của R3 và R4. Vì vậy, R1 và R2 tạo thành một bộ chia điện áp và R2 phải gấp đôi R1 để có 0 V.

Tiếp theo chúng ta phải tìm sự khuếch đại, được xác định bởi R3 và R4:

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

$\times$

Chúng ta có thể sử dụng các giá trị sau:

R 1 = 10 kΩ
R2 = 20 kΩ
R3 = 20 kΩ
R4 = 10 kΩ

Bạn sẽ cần một opamp RRIO (Rail-to-Rail) nếu bạn muốn cấp nguồn nếu từ một nguồn cung cấp 5 V.

Đây là một cách để làm điều đó:

Bộ chia điện trở cung cấp 1.25V cho đầu vào không đảo. Điều này có thể được thay thế bằng một tham chiếu điện áp chuyên dụng nếu muốn. Bạn sẽ cần một đường ray để opamp đầu ra đường sắt.

Đây là một mô phỏng:

Lưu ý trở kháng đầu vào được xác định bởi R3, vì vậy bạn có thể cần tăng mức này (và R2 bằng cách tương tự) hoặc bộ đệm nếu nguồn có trở kháng cao. Cũng lưu ý rằng đầu ra là đảo ngược.

Đây là một phương pháp không đảo ngược để tham khảo:

Và mô phỏng ("to_adc" là điện áp đầu ra):

Mạch không đảo ở trên là một chút giống như bộ khuếch đại tổng hợp của bạn.
Các amp tổng mà bạn hiển thị có một vấn đề mặc dù, các điện trở khuếch đại đảo ngược được hiển thị sẽ không chính xác cho bộ chia. Nó cần (R1 + R2) cho điện trở phản hồi.
Vì vậy, đạt được bằng ((R1 + R2) / R2) + 1.

Dưới đây là một ví dụ về giao diện của nó (hậu tố a và b chỉ để giữ cho SPICE hạnh phúc):

Trong mô phỏng, bạn có thể thấy opamp + IN dao động từ 0V đến 1.25V, do đó, nó cần mức tăng từ 4 đến đầu ra 0V đến 5V. Vì R1c và R1d song song, chúng tôi nhận được 50k. Vậy (150k / 50k) + 1 = 4.