Décalage de niveau d'un signal de +/- 2,5 V à 0 - 5 V


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J'ai un module frontal qui génère un signal (ECG) qui varie de +/- 2,5 V. Je veux déplacer ce signal à 0 - 5V. Quelle est la meilleure façon de procéder? Un amplificateur sommateur comme le circuit ci-dessous serait-il assez bon? Avec R1 = R2 et V1 = 2,5 V, V2 = mon signal, V3 = V4 = GND

Ampère de sommation

Réponses:


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La première chose à essayer est un simple additionneur de résistance, sans opamp. Mais il est clair que cela ne fonctionnera pas ici: un additionneur à résistance atténue toujours le signal, et nous avons besoin d'une amplification 1. ×

entrez la description de l'image ici

Il s'agit d'un amplificateur sommateur non inverseur. On pourrait penser que nous devons simplement ajouter 2,5 V, mais l'avez-vous? Je suppose que vous avez 5 V, alors utilisons-le et voyons où cela nous mène. Si nous avons -2,5 V sur l'entrée Vin, l'entrée non inverseuse doit être nulle si vous voulez une sortie de 0 V, quelles que soient les valeurs de R3 et R4. Donc R1 et R2 forment un diviseur de tension, et R2 devrait être deux fois R1 pour obtenir le 0 V.

Ensuite, nous devons trouver l'amplification, qui est déterminée par R3 et R4:

UNEV=R3+R4R3

×

Nous pourrions utiliser les valeurs suivantes:

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

Vous aurez besoin d'un ampli-op RRIO (Rail-to-Rail I / O) si vous voulez l'alimenter à partir d'une seule alimentation 5 V.


Merci pour votre circuit, mais je trouve que je dois donner 2,5 V à R2 au lieu de 5V pour le passage au travail. Je ne sais pas pourquoi c'est le cas .. Mais le circuit fonctionne
govind m

@govindm - Non, le calcul dit 5 V :-). Êtes-vous sûr de ne pas avoir utilisé les mêmes valeurs pour R1 et R2?
stevenvh

Oups désolé Steven, stupide erreur de ma part. J'avais échangé r1 et r2. Je suis heureux de confirmer une fois de plus (dans l'histoire de la civilisation humaine), que les calculs ne mentent pas.
govind m

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Voici une façon de procéder:

Décalage de niveau

Le diviseur résistif fournit 1,25 V à l'entrée non inverseuse. Celui-ci peut être remplacé par une référence de tension dédiée si vous le souhaitez. Vous aurez besoin d'un opamp de sortie rail à rail.

Voici une simulation:

Level Shift Sim

Notez que l'impédance d'entrée est définie par R3, vous devrez donc peut-être l'augmenter (et R2 du même) ou le tampon si la source est à haute impédance. Notez également que la sortie est inversée.

Voici également une méthode non inverseuse pour référence:

Décalage de niveau non inverseur

Et la simulation (le "to_adc" est la tension de sortie):

Décalage de niveau non inverseur

Le circuit non inverseur ci-dessus est un peu comme votre amplificateur sommateur.
L'amplificateur de sommation que vous montrez a un problème cependant, les résistances de gain inverseuses présentées ne seront pas correctes pour le diviseur. Il a besoin (R1 + R2) pour la résistance de rétroaction.
Ainsi, le gain est égal à ((R1 + R2) / R2) + 1.

Voici un exemple de ce à quoi cela devrait ressembler (les suffixes a et b sont juste pour garder SPICE heureux):

Somme de décalage de niveau

Dans la simulation, vous pouvez voir l'ampli op + IN oscille de 0V à 1,25V, il a donc besoin d'un gain de 4 pour sortir de 0V à 5V. Puisque R1c et R1d sont en parallèle, nous obtenons 50k. Donc (150k / 50k) + 1 = 4.

Sim de sommation de changement de niveau


Je suis curieux, comment avez-vous dimensionné C2?
jippie

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Je ne l'ai pas réellement dimensionné pour cette question particulière, c'est un vestige d'un schéma précédent que j'ai ajusté pour cette réponse (je l'ai laissé car c'est toujours une bonne idée d'avoir un petit capuchon sur Rf pour éviter l'oscillation, mais ne l'a pas fait voulez entrer dans les détails dans ce domaine) Cependant, comme indiqué, la bande passante serait de 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6,28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10,6 kHz. Pour un ECG, la bande passante pourrait être beaucoup plus réduite.
Oli Glaser

Merci pour votre réponse détaillée. Je viens d'essayer votre circuit non inverseur, mais je semble avoir rencontré un problème. Même si le signal d'entrée oscille de -2,5 à 2,5 V, la sortie de l'amplificateur oscille uniquement entre 1V et 3,3V, je ne sais pas ce qui se passe .. J'utilise LM358AN
govind m

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Le LM358 n'est pas un opamp rail à rail, en particulier la sortie ne se balancera pas complètement à + 5V bien qu'elle devrait atteindre le sol. L'entrée n'est pas rail à rail non plus. De plus, si l'impédance de votre source est élevée (par exemple> 5k), vous devrez mettre le signal en mémoire tampon avant de l'envoyer au décalage de niveau.
Oli Glaser

J'ai également essayé l'OPA333 - qui selon la fiche technique est "sortie rail à rail à moins de 3mV", avec le même résultat. C'est peut-être un problème avec l'impédance d'entrée alors? Je vais essayer d'ajouter un suiveur de tension ..
govind m
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