Traducir el voltaje usando un amplificador operacional

Entre los problemas que tiene la alta ganancia en una sola etapa, las compensaciones de CC del amplificador (que en el caso de las más baratas exceden el rango de voltaje de entrada) y asegurándose de que el amplificador pueda hacer frente a la entrada negativa.

No dice nada sobre la impedancia de salida del sensor o la velocidad que desea, o si desea atenerse a las plataformas de un solo riel o puede hacer frente a un riel dual, por lo que se deben hacer algunas suposiciones.

Los dos topográficos más simples son los de inversión, y no de inversión, a continuación

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La topología de inversión utiliza R3 y R4 para proporcionar una ganancia de 5000, para aumentar su rango de 1 mV hasta 5v. La mayoría de los amplificadores tendrán suficiente ganancia para hacer esto.

Supone que el amplificador tiene un rango de modo común de entrada que incluye tierra y una salida que oscilará de 0 a 5v. Esto puede ser un amplificador de riel a riel con una fuente de 0 / 5v, o cualquier amplificador con rieles de potencia adecuados.

La mayoría de los amplificadores baratos tendrán un voltaje de compensación en varios mV, por lo que no tiene sentido intentar ajustar el voltaje de entrada más fuerte que esto. Lo que ahora necesitamos hacer es ajustar el offset de entrada hasta que el voltaje de salida caiga en nuestro rango de 5v. He mostrado una fuente actual de 1uA. Si está conectado a R1, elevará el voltaje de la entrada + ve en 1 mV, aumentando la salida en 5 v. Si está conectado a la unión R3 / R4 (la unión de suma), se reducirá la salida en 5v. Ajustar el valor de esta fuente de corriente, que solo necesita ser un resistor de alto valor de la fuente de 5v, y elegir a qué punto está conectado, le permitirá compensar el error de desplazamiento del amplificador y acomodar el cambio de entrada de CC desde su sensor.

La topología no inversora a la derecha tiene muchas de las mismas consideraciones. Ofrece una alta impedancia de entrada al sensor. Como antes, el rango de 1 mV del sensor se ve afectado por el desplazamiento de entrada del amplificador. Puede conectar una corriente de compensación en la unión R5 / R6, pero tiene que poder cambiar esta corriente tanto positiva como negativa si desea controlar el voltaje de compensación en ambas direcciones.

Puede obtener algunos amplificadores operacionales individuales con pines de ajuste de compensación de voltaje de entrada. No sé si alguna de estas versiones está disponible en 5v riel a riel. Ciertamente, TL071 tiene ajuste de compensación, pero necesitarías rieles de al menos + 10v y -5v para que cubran el rango.

Tendría que elegir un amplificador con un bajo tempco de voltaje de compensación de entrada, si su compensación de entrada cuidadosamente configurada no se desplazara con la temperatura. Por ejemplo, el LM324 (popular amplificador barato de bajo voltaje, ¡pero no de riel a riel!) Tiene un tempco de entrada de 7uV / C. ¡Un cambio en la temperatura de 5 grados C podría parecerse a una señal de entrada del 3.5% de la escala completa! Hay otros mucho mejores, OP177 por ejemplo (0.3uV / C).

Puede obtener opamps estabilizados con chopper, que tienen compensaciones de CC muy estables y no son muy costosos.

Es posible que desee ver amplificadores de entrada, amplificadores de instrumentación y ver cómo mejoran algunas de las limitaciones de los amplificadores individuales.

-200uV a 800uV es un intervalo de 1 mV. El cambio es mucho más fácil con dos amplificadores operacionales. ¿Qué tal una ganancia de -500 amperios de inversión para dar 0.1V a -0.4V. Use un segundo amplificador de inversión con un potenciómetro para producir un desplazamiento de 1V en la salida y una ganancia de 10.

Cualquier libro de aplicación de amplificador operacional tendrá estos circuitos comunes. Es más fácil manejar con precisión el desplazamiento con una ganancia menor en el segundo amplificador. Si no tiene un problema de ancho de banda, siga adelante y use grandes resistencias, como 4K y 2M para la ganancia de 500.

Si su sensor tiene una impedancia de salida alta, necesitará otro OA o dos para hacer un amplificador de instrumentación o una ganancia baja de 1 seguidor.

Spec:

• Entrada: -200uV a 800uV
• Salida: 0-5V
• Impedancia de la fuente: desconocida
• Ancho de banda o velocidad de respuesta: desconocido

Consideraría un amplificador de instrumento para el mejor rango de CMRR y CM cerca / debajo del suelo o usaría un suministro negativo. OA necesita una salida de 5V Rail-Rail CMOS. Use la olla para el voltaje de compensación, si es necesario, posiblemente no. enlace

No quieres decir 'lineal', quieres decir proporcional. Lo que esto significa es que tendrá que proporcionar un voltaje de referencia para crear un desplazamiento.

La ganancia requerida es obviamente 5000. Debe compensar el voltaje en la entrada en + 200uV o la salida en + 200uV * 5000 = + 1V.

Una forma de hacer esto sería tomar un amplificador simple no inversor con una ganancia de +5000 y modificarlo para obtener el desplazamiento requerido.

Ya que esto obviamente es un problema de tarea, debes hacer lo mejor para resolverlo tú mismo.

Le diré que puede hacer esto con un solo amplificador operacional ideal y tres resistencias. La relación de resistencia aproximada es (-Vref / 1V) * 5000: 5000: 1 para | Vref | > > 1V.

Este "opamp" discreto necesita solo 3 microAmps, funciona fácilmente con entradas de -200uV a + 800uV y proporciona una ganancia de 41X. ¿Qué tan precisa debe ser la ganancia?

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}