将 +/- 2.5V 信号电平转换为 0 - 5V

电器工程 电平转换
2022-01-02 08:35:43

我有一个前端模块,它产生一个从 +/-2.5 V 变化的(ECG)信号。我想将此信号转换为 0 - 5V。做这个的最好方式是什么?像下面的电路这样的求和放大器是否足够好?R1 = R2 和 V1 = 2.5V,V2 = 我的信号,V3 = V4 = GND

求和放大器

2个回答

首先要尝试的是一个简单的电阻加法器,没有运算放大器。但很明显,这在这里行不通:电阻加法器总是会衰减信号,我们需要 \$\times\$1 放大。

在此处输入图像描述

这是一个非反相求和放大器。你会认为我们只需要增加 2.5 V,但你有吗?我假设你有 5 V,所以让我们使用它,看看它把我们带到哪里。如果我们在 Vin 输入上有 -2.5 V,则如果您想要 0 V 输出,则非反相输入应为零,无论 R3 和 R4 的值如何。所以 R1 和 R2 组成一个分压器,R2 应该是 R1 的两倍才能得到 0 V。

接下来我们必须找到由 R3 和 R4 决定的放大倍数:

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

如果我们在 Vin 输入上有 2.5 V 并且 R2 = 2 \$\times\$R1 我们在运算放大器的非反相输入上得到 3.33 V。要输出 5 V,我们必须放大 1.5,因此 R3 必须是 R4 的两倍。

我们可以使用以下值:

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

如果您想从单个 5 V 电源供电,则需要一个 RRIO(轨到轨 I/O)运算放大器。

这是一种方法:

电平转换

电阻分压器为非反相输入提供 1.25V。如果需要,这可以由专用电压基准代替。您将需要一个轨到轨输出运算放大器。

这是一个模拟:

电平转换模拟

请注意,输入阻抗由 R3 定义,因此如果源为高阻抗,您可能需要增加此阻抗(和 R2 相同)或缓冲。另请注意,输出是反相的。

这里还有一个非反相方法供参考:

电平转换非反相

和模拟(“to_adc”是输出电压):

电平转换非反相

上面的同相电路有点像你的求和放大器。
不过,您展示的求和放大器有问题,所示的反相增益电阻器不适用于分压器。反馈电阻需要 (R1 + R2)。
所以增益等于 ((R1 + R2) / R2) + 1。

下面是它的外观示例(a 和 b 后缀只是为了让 SPICE 满意):

电平移位求和

在仿真中,您可以看到运算放大器 +IN 从 0V 摆动到 1.25V,因此它需要 4 的增益才能输出 0V 到 5V。由于 R1c 和 R1d 是并联的,我们得到 50k。所以 (150k / 50k) + 1 = 4。

电平移位求和模拟