Масштаб сигнала 30-50 мВ до диапазона 0-5 В

У меня есть датчик CO ₂ , выходной сигнал которого составляет 30-50 мВ. Мне нужно перевести эти напряжения в 0-5 В для моего микроконтроллера с самым высоким разрешением. Я понимаю, что я могу усилить напряжение с помощью неинвертирующей схемы операционного усилителя, как показано, до диапазона 3-5 В, но можно ли расширить этот диапазон до 0-5 В, чтобы получить лучшее разрешение значения датчика?

Вы можете использовать дифференциальный усилитель, чтобы вычесть смещение 30 мВ.

Когда R1 = R2 и R3 = R4, передаточная функция

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

Поэтому установите V1 на 30 мВ и выберите R3 = 250 R1. $\times$

Проблема с дифференциальными усилителями заключается в том, что R1 загрузит резисторный делитель, чтобы получить смещение 30 мВ, так что вам придется пересчитать резисторы, а также V2 будет иметь входной импеданс, который может исказить измерение.

Инструментальный усилитель является решением.

Большинство инструментальных усилителей представляют собой дифференциальные усилители с буферным входным каскадом. Входной каскад устанавливает коэффициент усиления, тогда как дифференциальный каскад обычно представляет собой усилитель 1. Усиление тогда$\times$

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

Microchip MCP6N11 является подходящим устройством.

Здесь вам необходим инструментальный усилитель (хотя операционный усилитель может использоваться с некоторым вниманием к деталям).
В зависимости от вашего источника питания (одиночный, двойной) вам следует быть осторожным. При использовании одного источника (например 0-5В) , вы должны убедиться , что InAmp может обрабатывать синфазных входы уровня ваших входных сигналов, которые будут 30-50mV по отношению к земле (так входной диапазон должен включать в себя землю)
Кроме того, поскольку ваш выход включает заземление (и шину питания, если используется питание 5 В), вы должны убедиться, что выход может полностью качаться к обоим шинам. Многие InAmp не делают ни одной из этих вещей. LTC2053 один рельс к железной дороге вход / выход опции, как это MCP6N11 Стивен упоминает.

РЕДАКТИРОВАТЬ - LTC2053 не подходит, так как входной импеданс недостаточно высок. В спецификации MG811 указывается необходимость в операционном усилителе / ​​Inamp с входным сопротивлением> 100 Гом, поэтому необходимо что-то вроде MCP6N11, которое рекомендует Стивен. Это имеет входное сопротивление , то есть . Я оставил остальную часть ответа, чтобы продемонстрировать типичную настройку, поскольку принцип одинаков независимо от используемого Inamp. $10^{13}\Omega$$10\ T\Omega$

В любом случае, если вы позаботитесь о вышеизложенном, настройка довольно проста. Подайте 30 мВ на инвертирующий вход, подайте сигнал на неинвертирующий вход и установите усиление на (5 В - 0 В) / (50 мВ - 30 мВ) = 250.

Вот пример схемы с двумя шинами (+ -5 В) с LT1789 InAmp:

Моделирование:

Цепь LTC2053 с одним источником питания (моделирование не показано, как показано выше):

Используйте инструментальный усилитель, как этот .

Так как вы хотите усилить 30-50 мВ до 0-5 В, 5 В / (50 мВ-30 мВ) = коэффициент усиления 250. Используйте таблицу данных, чтобы выбрать резистор усиления. Для моего примера G = 1 + (100k / Rg), поэтому Rg = 100k / (G-1) для 402 Ом. Эти значения должны быть довольно точными, а в случае сомнения сделать их немного больше и пожертвовать небольшим промежутком. Так как вы хотите 0-5В, вы хотите установить опорное напряжение на 2,5В, так что середина пролета. Используйте эталонный диод для этого.