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

Question

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

Answer 1

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

Se trata de un amplificador sumador no inversor. Se podría pensar que simplemente tenemos que añadir 2,5 V, pero ¿tienes eso? Supongo que tienes 5 V, así que vamos a usar eso y ver a dónde nos lleva. Si tenemos -2,5 V en la entrada Vin la entrada no inversora debe ser cero si quieres 0 V de salida, independientemente de los valores de R3 y R4. Así que R1 y R2 forman un divisor de tensión, y R2 debe ser el doble de R1 para obtener el 0 V.

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

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

Si tenemos 2,5 V en la entrada Vin y con R2 = 2 \$\times\$ R1 obtenemos 3,33 V en la entrada no inversora del amplificador. Para que salgan 5 V tenemos que amplificar por 1,5, por lo que R3 debe ser el doble de R4.

Podríamos utilizar los siguientes valores:

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

Necesitarás un opamp RRIO (Rail-to-Rail I/O) si quieres alimentarlo desde una única fuente de 5 V.

Answer 2

He aquí una forma de hacerlo:

El divisor resistivo suministra 1,25V a la entrada no inversora. Si se desea, puede sustituirse por una referencia de tensión dedicada. Necesitará un amplificador óptico de salida de carril a carril.

He aquí una simulación:

Ten en cuenta que la impedancia de entrada viene definida por R3, por lo que puede que necesites aumentarla (y R2 en la misma proporción) o amortiguar si la fuente es de alta impedancia. Ten en cuenta también que la salida es inversora.

Aquí también hay un método no inversor como referencia:

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

El circuito no inversor anterior es un poco como tu amplificador sumador.
Sin embargo, el amplificador sumador que muestras tiene un problema, las resistencias de ganancia inversoras mostradas no corregirán el divisor. Necesita (R1 + R2) para la resistencia de realimentación.
Por tanto, la ganancia es igual a ((R1 + R2) / R2) + 1.

Aquí tienes un ejemplo de cómo debería quedar (los sufijos a y b son sólo para contentar a SPICE):

En la simulación puedes ver que el opamp +IN oscila de 0V a 1.25V, por lo que necesita una ganancia de 4 para dar una salida de 0V a 5V. Como R1c y R1d están en paralelo, obtenemos 50k. Así que (150k / 50k) + 1 = 4.