Circuito de amplificación para un rango limitado de señales de salida

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Tengo un sensor que emite una señal entre 0 y 25 mV. De ese rango, solo estoy interesado en la porción de 16mV a 22mV. La salida debe ser principalmente una señal de CC, y la respuesta de CA, si la hay, probablemente sea ruido. La salida del sensor se alimenta a un ADC de 5 V en un Arduino Uno.

Sería bastante simple pasar la señal a través de un amplificador operacional con una ganancia de 200. Sin embargo, la resolución de la salida se reduciría en comparación con el acondicionamiento de la señal de tal manera que mi ADC lea solo 16mV - 22mV . He jugado con pasar la señal a través de un amplificador de instrumentación para aumentar los 22mV a ~ 12VDC. Luego, pase eso a través de un amplificador diferencial para reducir la señal máxima a 5VDC para que la lea el ADC. La señal mínima recibida se redujo a aproximadamente 9 mV.

Este circuito no funcionó correctamente. Creo que se debió a una impedancia de desajuste. Creo que necesito un amplificador diferencial de alta impedancia para que esto funcione correctamente.

Jugué con la idea de usar dos amplificadores de instrumentación (INA114AP), pero las matemáticas simplemente no funcionan.

¿Alguien tiene alguna idea sobre cómo puedo lograr esto? Estoy fuera de ideas.

Ah, y este circuito se usará para elaborar cerveza, si eso motiva a alguien a responder :)

    
pregunta Rich

1 respuesta

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Será más fácil ver cómo hacerlo después de reducir sus requisitos a una especificación real. Desea que 16-22 mV se asigne a 0-5 V. Eso es una ganancia de 833 centrada en torno a 19 mV. Supongamos que tiene un suministro de 5 V bien regulado disponible.

Primero, deja un poco de margen. Digamos que usaremos un opamp con un voltaje de compensación de hasta 1 mV, y no quiere que ninguna de las dos señales extremas produzca una salida alta o baja. Dejar un espacio de 1.5 mV en cada extremo suena razonable. Eso significa que el rango de entrada es de 9 mV en lugar de solo los 6 mV que realmente le interesan. Por lo tanto, la ganancia objetivo es 5 V / 9 mV = 550.

Eso es mucho para una sola etapa opamp. En la práctica, probablemente use dos etapas, pero será más fácil de mostrar y explicar como un amplificador de una sola etapa:

LagananciaserigeporR3ylacombinaciónparaleladeR1yR2,yelpuntoalrededordelcualseaplicalagananciaporeldivisordevoltajedeR1yR2.Todoesratiométrico,asíquepodemosescogerunaresistencia.HagamosR31MΩyveamosaquésalenlosdemás.

R1yR2dividenlafuentede5Vparahacerqueelpuntodepivotedegananciadeentrada,queesde19mV.LarelacióndeR1/R2es,porlotanto,4.981V/19mV=262.

Acontinuación,observamoslaimpedanciadesalidadeldivisordevoltaje,quefuncionacontraR3paraestablecerlaganancia.Dadoquelagananciaobjetivoes550,R3/(R1//R2)=549,o(R1//R2)=R3/549=1821Ω.EstonosdadosecuacionesparaencontrarlasdosristanciasR1yR2.ResolviendolosrendimientosR1=479kΩyR2=1828

Enrealidad,novasaencontrarresistenciasconexactamenteestosvalores,ytendránalgunatoleranciadetodosmodos.Encuentrelosvaloresde1%máscercanos,luegoregreseyverifiquequérangodevoltajedeentradaterminacon0-5voltios.Noseolvidedeejecutarlapruebamín./Máx.Conlasresistenciasconel1%deapagadoenlapeordirección,ynoseolvidedelvoltajedecompensacióndeentradaopamp.Laganancianominalpuedetenerquereducirseparagarantizarqueelmínimode16-22mVsiempreseasignedentrodelrangodesalidade0-5V.Dehecho,trataríademantenermealejadodelos50mVsuperioreseinferioresdelrangodesalida,inclusoconunopampCMOS"riel a riel". Le he mostrado el método, por lo que esta comprobación y recálculo es su trabajo.

    
respondido por el Olin Lathrop