Cambio de nivel de una señal de +/- 2,5 V a 0 - 5 V

Tengo un módulo frontal que genera una señal (ECG) que varía de +/-2,5 V. Quiero cambiar esta señal a 0 - 5V. ¿Cuál es la mejor manera de hacer esto? ¿Sería lo suficientemente bueno un amplificador sumador como el siguiente circuito? Con R1 = R2 y V1 = 2.5V, V2 = mi señal, V3 = V4 = GND

Amplificador sumador

Respuestas (2)

Lo primero que debe probar es un sumador de resistencia simple, sin opamp. Pero está claro que esto no funcionará aquí: un sumador de resistencias siempre atenúa la señal, y necesitamos un × 1 amplificación.

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Este es un amplificador sumador no inversor. Pensarías que simplemente tenemos que agregar 2.5 V, pero ¿tienes eso? Supongo que tiene 5 V, así que usemos eso y veamos a dónde nos lleva. Si tenemos -2,5 V en la entrada Vin, la entrada no inversora debe ser cero si desea una salida de 0 V, independientemente de los valores de R3 y R4. Entonces, R1 y R2 forman un divisor de voltaje, y R2 debe ser el doble de R1 para obtener 0 V.

A continuación tenemos que encontrar la amplificación, que está determinada por R3 y R4:

A V = R 3 + R 4 R 3

Si tenemos 2,5 V en la entrada Vin y con R2 = 2 × R1 obtenemos 3.33 V en la entrada no inversora del opamp. Para hacer esa salida de 5 V, tenemos que amplificar en 1,5, por lo que R3 debe ser el doble de R4.

Podríamos usar los siguientes valores:

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

Necesitará un amplificador operacional RRIO (E/S de riel a riel) si desea alimentarlo desde un solo suministro de 5 V.

Gracias por su circuito, pero encuentro que necesito dar 2.5 V en R2 en lugar de 5V para que funcione el cambio. No estoy seguro de por qué ese es el caso ... Pero el circuito funciona
@govindm - No, el cálculo dice 5 V :-). ¿Estás seguro de que no usaste los mismos valores para R1 y R2?
Vaya, lo siento Steven, un error estúpido de mi parte. Intercambié r1 y r2. Estoy feliz de confirmar una vez más (en la historia de la civilización humana), que los cálculos NO mienten.

Aquí hay una manera de hacerlo:

Cambio de nivel

El divisor resistivo suministra 1,25 V a la entrada no inversora. Esto se puede reemplazar por una referencia de voltaje dedicada si se desea. Necesitará un amplificador operacional de salida de riel a riel.

Aquí hay una simulación:

Simulador de cambio de nivel

Tenga en cuenta que la impedancia de entrada está definida por R3, por lo que es posible que deba aumentar esto (y R2 por lo mismo) o amortiguar si la fuente es de alta impedancia. También tenga en cuenta que la salida se está invirtiendo.

Aquí hay un método no inversor para referencia también:

Cambio de nivel sin inversión

Y la simulación (el "to_adc" es el voltaje de salida):

Cambio de nivel sin inversión

El circuito no inversor anterior es un poco como su amplificador sumador.
Sin embargo, el amplificador sumador que muestra tiene un problema, las resistencias de ganancia inversoras que se muestran no corregirán el divisor. Necesita (R1 + R2) para la resistencia de retroalimentación.
Entonces, la ganancia es igual a ((R1 + R2) / R2) + 1.

Aquí hay un ejemplo de cómo debería verse (los sufijos a y b son solo para mantener contento a SPICE):

Suma de cambio de nivel

En la simulación, puede ver que el opamp +IN cambia de 0 V a 1,25 V, por lo que necesita una ganancia de 4 para generar una salida de 0 V a 5 V. Como R1c y R1d están en paralelo, obtenemos 50k. Entonces (150k / 50k) + 1 = 4.

Simulador de suma de cambio de nivel

Tengo curiosidad, ¿cómo tallaste C2?
En realidad, no lo dimensioné para esta pregunta en particular, es un remanente de un esquema anterior que ajusté para esta respuesta (lo dejé porque siempre es una buena idea tener un límite pequeño en Rf para evitar la oscilación, pero no lo hice quiero entrar en más detalles en esa área) Sin embargo, como se muestra, el ancho de banda sería 1/(2pi * C2 * (R1+R2)) -> 1/(6.28 * 100e-12 * 150e3) = ~10.6kHz. Para un ECG, el ancho de banda podría reducirse mucho más.
Gracias por tu respuesta detallada. Acabo de probar su circuito no inversor, pero parece que me he encontrado con algún problema. Aunque la señal de entrada oscila entre -2,5 y 2,5 V, la salida del amplificador oscila entre 1 V y 3,3 V solamente, no sé qué está pasando... Estoy usando LM358AN
El LM358 no es un amplificador operacional de riel a riel, específicamente, la salida no oscilará hasta +5 V, aunque debería llegar a tierra. La entrada tampoco es de riel a riel. Además, si la impedancia de su fuente es alta (p. ej., > 5k), necesitará amortiguar la señal antes de enviarla al cambiador de nivel.
También probé OPA333, que según la hoja de datos es "salida de riel a riel dentro de 3mV", con el mismo resultado. ¿Quizás es un problema con la impedancia de entrada entonces? Intentaré agregar un seguidor de voltaje ...
Mirando su ejemplo de inversión, invierte la señal y la amplifica en R2/R3=1, y agrega el desplazamiento dividido por voltaje alimentado a través de la entrada no inversora. ¿No debería ser este voltaje compensado +2.5 o 5V*30k/(30k+30k) con R1=R5=30k para hacer que la salida V_out=-V_in+2.5V? (Estoy tratando de cambiar una señal de +12/+11.3 al rango de 0-5V).
Realmente me gusta tu circuito inversor de cambio de nivel aquí. No hay mucho en la web sobre el cambio de nivel durante la inversión. Pregunté sobre mi caso de uso de inversión y cambio descendente en electronics.stackexchange.com/questions/595701/… y obtuve una buena respuesta.
¿Podría dar una referencia sobre esa pequeña capitalización para obtener más información?
Cambio de nivel de una señal de +/- 2,5 V a 0 - 5 V
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