Сдвиг уровня сигнала +/- 2,5 В до 0 - 5 В

У меня есть интерфейсный модуль, который генерирует сигнал (ЭКГ), который варьируется от +/- 2,5 В. Я хочу сместить этот сигнал до 0 - 5 В. Каков наилучший способ сделать это? Достаточно ли хорош суммирующий усилитель, подобный схеме ниже? С R1 = R2 и V1 = 2,5 В, V2 = мой сигнал, V3 = V4 = GND

Первое, что нужно попробовать, - это простой резисторный сумматор без операционного усилителя. Но ясно, что это не сработает: резистор сумматора всегда ослабляет сигнал, и нам нужно усиление 1. $\times$

Это неинвертирующий суммирующий усилитель. Вы могли бы подумать, что мы просто должны добавить 2,5 В, но у вас есть это? Я предполагаю, что у вас есть 5 В, поэтому давайте воспользуемся этим и посмотрим, к чему это нас приведет. Если на входе Vin есть напряжение -2,5 В, то неинвертирующий вход должен быть нулевым, если вы хотите 0 V, независимо от значений R3 и R4. Таким образом, R1 и R2 образуют делитель напряжения, а R2 должен быть в два раза больше R1, чтобы получить 0 В.

Далее мы должны найти усиление, которое определяется R3 и R4:

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

$\times$

Мы могли бы использовать следующие значения:

R1 = 10 кОм
R2 = 20 кОм
R3 = 20 кОм
R4 = 10 кОм

Вам понадобится операционный усилитель RRIO (Rail-to-Rail), если вы хотите получать питание от одного источника питания 5 В.

Вот один из способов сделать это:

Резистивный делитель подает 1,25 В на неинвертирующий вход. При желании его можно заменить специальным опорным напряжением. Вам понадобится операционный усилитель Rail to Rail.

Вот симуляция:

Обратите внимание, что входной импеданс определяется R3, поэтому вам может потребоваться увеличить его (и R2 на то же самое) или буфер, если источником является высокий импеданс. Также обратите внимание, что выход инвертируется.

Вот неинвертирующий метод для справки:

И симуляция («to_adc» - это выходное напряжение):

Вышеупомянутая неинвертирующая схема немного похожа на ваш суммирующий усилитель.
Однако у суммирующего усилителя есть проблема, показанные резисторы инвертирующего усиления не подойдут для делителя. Требуется (R1 + R2) для резистора обратной связи.
Таким образом, усиление равно ((R1 + R2) / R2) + 1.

Вот пример того, как это должно выглядеть (суффиксы a и b предназначены только для поддержания SPICE):

В симуляции вы можете видеть, что opamp + IN колеблется от 0 В до 1,25 В, поэтому для выхода от 0 В до 5 В требуется усиление 4. Поскольку R1c и R1d параллельны, мы получаем 50k. Итак (150k / 50k) + 1 = 4.