Thang đo tín hiệu 30-50 mV đến phạm vi 0-5 V

Tôi có một cảm biến CO ₂ cho ra giá trị tín hiệu 30-50 mV. Tôi cần dịch các điện áp này thành 0-5 V cho vi điều khiển của mình với độ phân giải cao nhất. Tôi hiểu rằng tôi có thể khuếch đại điện áp bằng mạch op-amp không đảo, như được hiển thị, trong phạm vi 3-5 V, nhưng có thể mở rộng phạm vi đó thành 0-5 V để có độ phân giải tốt hơn giá trị cảm biến?

Bạn có thể sử dụng bộ khuếch đại vi sai để trừ phần bù 30 mV.

Khi R1 = R2 và R3 = R4, chức năng truyền tải là

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

$\times$

Một vấn đề với các bộ khuếch đại vi sai là R1 sẽ tải bộ chia điện trở để có độ lệch 30 mV, do đó bạn phải tính toán lại các điện trở, và V2 sẽ có trở kháng đầu vào có thể làm sai lệch phép đo.

Một bộ khuếch đại thiết bị là giải pháp.

$\times$

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

Microchip MCP6N11 là một thiết bị phù hợp.

Bộ khuếch đại thiết bị là những gì bạn cần ở đây (mặc dù opamp có thể được sử dụng với một số chú ý đến chi tiết)
Tùy thuộc vào nguồn cung của bạn (đơn, kép), bạn cần phải cẩn thận. Nếu sử dụng một nguồn cung cấp duy nhất (ví dụ 0-5V), bạn phải chắc chắn rằng các InAmp có thể xử lý đầu vào chế độ thông thường về mức độ tín hiệu đầu vào của bạn, mà sẽ 30-50mV tương đối so với mặt đất (do đó phạm vi đầu vào phải bao gồm mặt đất)
Cũng kể từ đầu ra của bạn bao gồm mặt đất (và đường ray điện nếu sử dụng nguồn 5V), bạn phải đảm bảo đầu ra có thể xoay hoàn toàn đến cả hai đường ray. Nhiều InAmps không làm một trong những điều này. Các LTC2053 là một đường sắt để đường sắt vào / ra tùy chọn, như là MCP6N11 Steven đề cập đến.

$10^{13}\Omega$$10\ T\Omega$

Dù sao, miễn là bạn cẩn thận với những điều trên, việc thiết lập khá đơn giản. Áp dụng 30mV cho đầu vào đảo ngược, tín hiệu cho đầu vào không đảo ngược và đặt mức tăng cho (5V - 0V) / (50mV-30mV) = 250.

Dưới đây là mạch ví dụ đường ray kép (+ -5V) với LT1789 InAmp:

Mô phỏng:

Mạch cung cấp LTC2053 đơn (mô phỏng không được hiển thị giống như trên):

Sử dụng một bộ khuếch đại thiết bị như thế này .

Vì bạn muốn khuếch đại 30-50mV thành 0-5V, 5V / (50mV-30mV) = mức tăng 250. Sử dụng biểu dữ liệu để chọn điện trở khuếch đại. Ví dụ của tôi, G = 1 + (100k / Rg), vì vậy Rg = 100k / (G-1) với giá trị là 402 Ohms. Các giá trị này cần phải khá chính xác, và khi nghi ngờ làm cho nó lớn hơn một chút và hy sinh một khoảng nhỏ. Vì bạn muốn 0-5V, bạn sẽ muốn đặt điện áp tham chiếu thành 2,5V vì đó là giữa nhịp. Sử dụng một diode tham chiếu cho điều đó.