Pegelverschiebung eines +/- 2.5V Signals auf 0 - 5V

Ich habe ein Front-End-Modul, das ein (EKG-) Signal erzeugt, das von +/- 2,5 V variiert. Ich möchte dieses Signal auf 0 - 5 V verschieben. Wie geht das am besten? Wäre ein Summierverstärker wie der unten gezeigte gut genug? Mit R1 = R2 und V1 = 2.5V ist V2 = mein Signal, V3 = V4 = GND

Das erste, was Sie versuchen sollten, ist ein einfacher Widerstandsaddierer ohne Operationsverstärker. Aber es ist klar, dass dies hier nicht funktioniert: Ein Widerstandsaddierer dämpft das Signal immer, und wir brauchen eine Verstärkung von 1 . $\times$

Dies ist ein nicht invertierender Summierverstärker. Sie würden denken, dass wir einfach 2,5 V hinzufügen müssen, aber haben Sie das? Ich gehe davon aus, dass Sie 5 V haben. Lassen Sie uns das also verwenden und sehen, wo es uns hinbringt. Wenn am Vin-Eingang -2,5 V anliegen, sollte der nicht invertierende Eingang Null sein, wenn Sie 0 V ausgeben möchten, unabhängig von den Werten von R3 und R4. Also bilden R1 und R2 einen Spannungsteiler, und R2 sollte zweimal R1 sein, um die 0 V zu erhalten.

Als nächstes müssen wir die Verstärkung finden, die durch R3 und R4 bestimmt wird:

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

Wenn am Vin-Eingang 2,5 V anliegen und R2 = 2 R1, erhalten wir am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 3,33 V. Um diese 5 V auszulösen, müssen wir um 1,5 verstärken, also muss R3 zweimal R4 sein.$\times$

Wir könnten die folgenden Werte verwenden:

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

Sie benötigen einen RRIO-Operationsverstärker (Rail-to-Rail I / O), um die Stromversorgung über eine einzige 5-V-Versorgung zu gewährleisten.

Hier ist eine Möglichkeit, dies zu tun:

Der Widerstandsteiler liefert 1,25 V an den nicht invertierenden Eingang. Diese kann bei Bedarf durch eine eigene Spannungsreferenz ersetzt werden. Sie benötigen einen Rail-to-Rail-Ausgangsverstärker.

Hier ist eine Simulation:

Beachten Sie, dass die Eingangsimpedanz durch R3 definiert wird. Daher müssen Sie diese (und R2 um denselben Wert) oder den Puffer möglicherweise erhöhen, wenn die Quelle eine hohe Impedanz aufweist. Beachten Sie auch, dass der Ausgang invertiert.

Hier ist eine nicht invertierende Methode als Referenz:

Und die Simulation (das "to_adc" ist die Ausgangsspannung):

Die obige nicht invertierende Schaltung ist ein bisschen wie Ihr Summierverstärker.
Der von Ihnen angezeigte Summierverstärker hat jedoch ein Problem. Die angezeigten invertierenden Verstärkungswiderstände korrigieren den Teiler nicht. Es benötigt (R1 + R2) für den Rückkopplungswiderstand.
Die Verstärkung ist also gleich ((R1 + R2) / R2) + 1.

Hier ist ein Beispiel, wie es aussehen sollte (die Suffixe a und b dienen nur dazu, SPICE glücklich zu machen):

In der Simulation können Sie sehen, dass der Operationsverstärker + IN von 0 V auf 1,25 V schwankt. Daher ist eine Verstärkung von 4 erforderlich, um 0 V auf 5 V auszugeben. Da R1c und R1d parallel sind, erhalten wir 50k. Also (150k / 50k) + 1 = 4.